220KV变电站设计毕业论文41

引言
随着经济的腾飞，电力系统的发展和负荷的增长，电力网容量的增大，电压等级和综合自动化水平也不断提高，科学技术突飞猛进，新技术、新电力设备日新月异，该地原有变电所设备陈旧，占地较大，自动化程度不高，为满足该地区经济的持续发展和人民生活的需要，电网正在进行大规模的改造，对变电所的设计提出了更高、更新的要求。

建设新的变电所，采用先进的设备，使其与世界先进变电所接轨，这对提高电力网的供电可靠性，降低线路损耗，改善电能质量，增加电力企业的经济效益有很大的现实意义。

1、绪论
由于经济社会和现代科学技术的发展，电力网容量的增大，电压等级的提高，综合自动化水平的需求，使变电所设计问题变得越来越复杂。

除了常规变电所之外，还出现了微机变电所、综合自动化变电所和无人值班变电所等。

目前，随着我国城乡电网建设与改革工作的开展，对变电所设计也提出了更高、更新的要求。

1.1 我国变电所发展现状
变电技术的发展与电网的发展和设备的制造水平密切相关。

近年来，为了满足经济快速增长对电力的需求，我国电力工业也在高速发展，电网规模不断扩大。

目前我国建成的500kV变电所有近200座，220kV变电所有几千座；500kV电网已成为主要的输电网络，大经济区之间实现了联网，最终将实现全国联网。

电气设备的制造水平也在不断提高，产品的性能和质量都有了较大的改进。

除空气绝缘的高压电气设备外，GIS、组合化、智能化、数字化的高压配电装置也有了新的发展；计算机监控微机保护已经在电力系统中全面推广采用；代表现代输变电技术最高水平的750kV直流输电，500kV交流可控串联补偿也已经投入商业运行。

我国电网供电的可靠性近年来也有了较大的提高，在发达国家连续发生严重的电网事故的同时，我国电网的运行比较稳定，保证了经济的高速发展。

1.2 变电所未来发展需要解决的问题
在未来，随着经济的增长，变电技术还将有新的发展，同时也给电力工程技术人员提出了一些需要解决的问题，例如：高压、大容量变电所深入负荷中心进入市区所带来的如何减少变电所占地问题、环境兼容问题；电网联系越来越紧密，如何解决在事故时快速切除隔离故障点，保证电力系统安全稳定问题；系统短路电流水平不断提高，如何限制短路电流问题；在保证供电可靠性的前提下，如何恰当的选择主接线和电气设备、降低工程造价问题等。

1.3 地区变电所的未来发展
变电所实现无人值班是一项涉及面广、技术含量高、要求技术和管理工作相互配套的系统工程。

它包括：电网一、二次部分、变电所装备水平、通信通道建设、调度自动化系统的建立以及无人值班变电所的运行管理工作等。

所以要实现变电所的无人值班，必须满足一定的条件，主要有以下几个方面：
⑴变电所的基础设施要符合要求。

如：主接线力求简单，运行方式改变易实现，变压器要具有调压能力（可以是有载调压变压器或由调压器与无载调压变压器相配合来实现调压），主开断设备要具有较高的健康水平，操作机构要能满足远方拉合要求等。

另外，所内还要具备一定的基础自动化水平，用以完成对一些辅助性设备实现控制（如主变风扇的开停、电容器的投切等），以减轻调度端的工作量。

⑵调度自动化系统在达到部颁发的《县级电网电力调度自动化规范》中所要求的功能的基础上，通过扩展“遥控”、“遥调”，实现“四遥”功能，达到实用化要求。

同时还要满足RTU功能先进、通道畅通可靠等条件。

⑶企业要有一支高素质的人才队伍。

这既是变电所实现无人值班建设的需要，更是变电所无人值班建成后运行和管理的需要，也是变电所能否真正实现无人化运行，发挥出应有效益的要求。

⑷对企业必须产生明显的效益。

因为变电所要实现无人值班，无论是设备升级，还是上自动化系统，需要有大量的资金投入。

对企业来说，要搞无人值班变电所，首先要作好投入产出评价。

一般来说，当运行的无人值班变电所低于3～4座时，总体经济效益是不明显的。

这主要是因为一方面县调自动化功能由于覆盖率低而得不到充分发挥；另一方面企业又要为无人值班变电所的运行、操作和管理工作配备一支队伍，而从变电所减下来的人员由于数量少，达不到减人增效
的目的。

所以说，要搞无人值班变电所，就必须要形成规模。

实践证明：一个县级供电部门，在无人值班变电所数量达到50%以上时，才可能受到良好的经济效益。

实现无人值班的几点意见：
⑴坚持积极稳妥的建设原则，要统筹规划，作好可行性论证，因地制宜，量力而行，以点带面，逐步展开。

目前国家在无人值班变电所设计、建设到管理等方面还没有制定出一个统一的技术导则或运行管理办法，各供电部门只能边干，边摸索，边总结，为国家形成相应的文件提供参考依据。

⑵要防止“为无人而无人”的观念。

在县级电网的规划建设时，建议在非枢纽所和用户所可先行实现无人值班，而对电网影响大的枢纽所可考虑上综合自动化系统。

⑶要坚持新建与改造并重的原则。

对于新建变电所，有条件、有实力的县局可以按照原电力部提出的小型化远景模式方案，一次到位实现变电所无人值班；对于条件尚不成熟的县局，可通过对变电所进行改造这条途径，先从设备改造入手，提高基础自动化水平，分步骤实施，最终达到无人值班的要求。

2、电气主接线
2.1 电气主接线的设计原则和要求
变电所电气主接线是指变电所的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。

变电所的主接线是电力系统接线组成中的一个重要组成部分。

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。

2.1.1 主接线的设计原则
⑴考虑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事决定主接线的主要因素。

变电所不管是枢纽变电所、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。

⑵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和出线回数。

⑶考虑负荷的重要性分级和出线回数多少对主接线的影响。

对一级负荷，必须有两个独立电源供电，且当一个电源失去后，应保证全部一级负荷不间断供电；对二级负荷，一般要有两个电源供电，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。

⑷考虑主变压器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，由于其传输容量大，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，对主接线的可靠性、灵活性要求低。

⑸考虑备用容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。

2.1.2 主接线设计的基本要求
根据我国原能源部关于《220～500kV变电所设计技术规程》SDJ2—88规定：“变电所的电气主接线应根据该变电所在电力系统中的地位，变电所的规划容量、负荷性质、线路、变压器连接元件总数、设备特点等条件确定。

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

主接线应满足可靠性、灵活性和经济性三项基本要求。

⑴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，经过长期运行实践的考验，对以往所采用的主接线经过优选，现今采用主接线的类型并不多。

主接线的可靠性是它的各组成元件，包括一、二次部分在运行中可靠性的综合。

因此，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。

同时可靠性不是绝对的，而是相对的。

一种主接线可靠性的标志：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变电所全部停电的可能性。

⑵灵活性
主接线的灵活性有以下几方面要求：
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。

可以方便的停运断路器、母线及其继电保护设备，进行安全检修，且不致影响对用户的供电。

③扩建要求。

可以容易的从初期过渡到终期接线，使在扩建时，无论一次和二次设备改造量最小。

⑶经济性
经济性主要是投资省、占地面积小、能量损失小。

2.2 主接线方案比较及确定
根据对原始资料的分析，现将各电压等级可能采用的较佳方案列出。

进而，以优化组合的方式，组成最佳可比方案。

表2.1 方案拟定表
电压等级方案Ⅰ方案Ⅱ
220kV 双母线接线双母带旁路接线
110kV 双母线接线双母带旁路接线
10kV 单母线接线单母分段接线
2.2.1 220kV和110kV主接线方案确定
⑴方案Ⅰ：
图2.1 双母线接线
①线路故障断路器拒动或母线故障只停一条母线及所连接的元件，将非永久性故障元件切换到无故障母线，可迅速恢复供电。

②检修任一元件的母线隔离开关，只停该元件和一条母线，其他元件切换到另一母线，不影响其他元件供电。

③可在任何元件不停电的情况下轮流检修母线，只需将要检修的母线上的全部元件切换到另一母线即可。

④断路器检修可加临时跨条，将被检修断路器旁路，用母联断路器代替被检修断路器，减少停电时间。

⑤运行和调度灵活，根据系统运行的需要，各元件可灵活地连接到任一母线上，实现系统的合理接线。

⑥扩建方便，一般情况下，双母线接线配电装置在一期工程中就将母线构架一次建成，近期扩建间隔的母线也安装好，在扩建新元件施工时，对原有元件没有影响。

⑵方案Ⅱ：
图2.2 双母带旁路接线
加旁路母线虽然解决了断路器和保护装置检修不停电的问题，但是旁路母线也带来了如下的负面影响：
①旁路母线、旁路断路器及在各回路的旁路隔离开关，增加了配电装置的设备，增加了土地，也增加了工程投资。

②旁路断路器代替各回路断路器的倒闸操作复杂，容易产生误操作，酿成事故。

③保护及二次回路接线复杂。

④用旁路代替各回路断路器的倒闸操作，需要人来完成，因此带旁路母线的接线不利于实现变电所的无人值班。

近年来，系统地发展，系统接线可靠性的提高，新技术、新设备的采用，使得采用旁路母线的环境发生了较大的变化，主要有以下几个方面：
⑴由于设备制造水平的提高，高质量的断路器不断出现，例如现在广泛采
断路器、真空断路器，运行可靠性大幅度提高。

连续不检修运行的时间用的SF
6
不断增长，SF
断路器制造厂可保证20年不检修。

即使有时因操作机构故障需要
6
停电检修，检修的时间也很短。

近年来弹簧机构、液压弹簧机构等高可靠性的断路器操作机构也不断涌现。

因此，断路器本身需要检修的几率不断减少，而每次检修的时间又非常短，旁路母线使用的几率也在逐年下降。

⑵由于继电保护装置的微机化，维护工作大量减少，需要停电维护的几率很小。

特别是双重化配置的保护，可以一套保护运行，另一套保护停用更换插件，不需要旁路保护代替。

⑶ 220kV及以下新设计的变电站，一般都按无人值班方式设计。

旁路母线给无人值班带来不便。

鉴于上述情况，旁路母线的作用已经逐年渐弱了。

作为电气主接线的一个重要方案带旁路母线的接线已经完成了它的历史作用，现在已经成为了一种过时的接线方式。

新建工程基本上不再采用带旁路母线的接线方式。

故而220kV和110kV 主接线均采用方案Ⅰ双母线接线。

2.2.2 10kV主接线方案确定
⑴方案Ⅰ单母线接线如图2.3。

图2.3 单母线接线
⑵方案Ⅱ单母线分段接线如图2.4。

图2.4 单母线分段接线
⑶ 10kV主接线两种接线方式比较见表2.2
表2.2 10kV主接线方案比较表
方案
项目
方案Ⅰ方案Ⅱ
可靠性可靠性低，无论检修母线或设备故障、
检修都将造成整个配电装置停电。

可靠性相对较高，当一段母线发生故障或
当任一连接元件故障，断路器拒动时，继
电保护动作断开分段断路器，将故障限制
在故障母线范围内，非故障母线继续运行，
整个配电装置不会全停，也能保证对重要
用户的供电。

灵
活
性
接线简单，清晰，操作方便，扩建容易。

接线简单，清晰，操作方便，扩建容易
经
济
性
相对投资少、设备数量少，年费用低。

投资相对较高、设备数量稍多。

通过对两种方案的综合分析，方案Ⅱ在可靠性及灵活性方面占优势，方案Ⅰ在经济性方面稍占优势。

由于考虑到该电厂需要的可靠性，方案Ⅱ可以满足其供电需要，故最终方案选用方案Ⅱ单母线分段接线。

2.2.2 所用电主接线方案确定
所用低压母线主要为所用电提供电源，其接线方式为单母分段接线，如图2.5所示。

图2.5 所用电接线方式
2.3 中性点运行方式
2.3.1 中性点非直接接地
⑴中性点不接地
中性点不接地方式最简单，单相接地时允许带故障运行两小时，供电连续性好，接地电流仅为线路及设备的电容电流。

但由于过电压水平高，要求有较高的绝缘水平，不宜用于110kV及以上电网。

在6-63kV电网中，则采用中性点不接地方式，但电容电流不能超过允许值，否则接地电弧不易自熄，易产生较高弧光间歇接地过电压，波及整个电网。

⑵中性点经消弧线圈接地
当接地电容电流超过允许值时，可采用消弧线圈补偿电容电流，保证接地电弧瞬间熄灭，以消除弧光间歇接地过电压。

⑶中性点经高阻抗接地
当接地电容电流超过允许值时，也可采用中性点经高阻抗接地方式。

一般用于大型发电机中性点。

2.3.2 中性点直接接地
直接接地方式的单相短路电流很大，线路或设备须立即切除，增加了断路器负担，降低供电连续性。

但由于过电压较低，绝缘水平可下降，减少了设备造价，特别是在高压，超高压电网，经济效益显著。

所以适用于110kV及以上电网中。

此外，在雷电活动较强的山岳丘陵地区，结构简单的110kV电网，如采用直接接地方式不能满足安全供电要求和对联网影响不大时，可采用中性点经消弧线圈接地方式。

2.3.3 各级电压中性点运行方式
⑴ 220kV及110kV均采用中性点直接接地。

⑵ 10kV采用中性点不接地。

3、变电所变压器的选择
3.1 主变压器的选择
3.1.1 主变压器台数的确定
为保证供电的可靠性，避免一台主变压器故障或检修时影响供电，变电所一般装设两台主变压器，但一般不超过两台变压器。

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，可装设一台主变压器。

对于大型超高压枢纽变电所，装设两台大型变压器，当一台发生故障时，要切断大量负荷是很困难的。

因此，对大型枢纽变电所，根据工程具体情况，应该安装2～4台主变压器。

这种装设方法可以提高变电所的供电可靠性，变压器的单台容量以及安装的总容量皆可有所节约，且可根据负荷的实际增长的进程，分期逐台装设变压器，而不致积压资金。

当变电所装设两台及以上的主变时，每台容量的选择应按照其中任一台停运时，其余变压器容量至少能保证所供的一级负荷或变电所全部负荷的60%～80%。

通常一次变电所采用80%，二次变电所采用60%。

3.1.2 主变压器型式的选用
⑴变电所的主变压器一般采用三相变压器，如因制造和运输条件限制，在220kV的枢纽变电所中，一般采用单相变压器组。

当装设一组单相变压器时，应考虑装设备用相。

当主变压器超过一组，且各组容量满足全所负荷的75%要求时，可不装设备用相。

⑵变电所中的主变压器在系统有调压要求时，一般采用有载调压变压器。

有载调压变压器可以带负荷调压，有利于变压器的经济运行。

因此，在新设计的变电所中，大都采用这种型式的变压器。

⑶与两个中性点直接接地系统连接的变压器，除低压负荷较大或高中压间潮流不定情况外，一般采用自耦变压器，但仍需技术经济比较。

⑷三绕组变压器的选择
具有三种电压的变电所，例如220、110、35/10kV，一般采用三绕组变压器。

关于三绕组主变压器的阻抗和分接头的选择，现说明如下：
1）三绕组变压器的最大阻抗放在高、中侧还是高、低侧以及中低侧，其短路容量对高压系统稳定、继电保护、供电的电压水平以及电压的调整都有很大的影响，必须全面综合的考虑这些因素。

2）三绕组变压器在制造上有两种基本组合方式：
①升压结构。

这种结构绕组的排列为铁芯—中压—低压—高压绕组，故高、中压间阻抗最大。

②降压结构。

其绕组排列为铁芯—低压—中压—高压绕组，故高、中压间阻抗最大。

3）双绕组和三绕组变压器的变比和分接头可按制造标准选择，即变压器低压侧的线间电压为受电设备额定电压的105%，高、中压侧则为110%，并带有±2×2.5%的分接头。

若正常运行时，高、低压同时向中压供电，则高压绕组的端电压应为受电设备额定电压的100%，分接头可根据要求选用±2×2.5%、-1×2.5%、-3×2.5%或-4×2.5%。

3.1.3 主变压器容量的选择
⑴为了正确的选出变压器额定容量，要绘制变电所的年及日负荷曲线，并从该曲线得出变电所的年及日最高负荷和平均负荷。

⑵主变容量的确定应根据电力系统5～10年的发展规划进行选择，因此，为了确定合理的变压器容量，必须尽可能把5～10年负荷发展规划做得正确，这是最根本
⑶变压器的最大负荷按下式确定为
P M ≥K
∑P
式中P
M
——变电所最大负荷；
K
——负荷同时系数；
∑P——按负荷等级统计的综合用电负荷。

⑷如果变压器容量按条件S
e ≥∑P
M
选出，那么，当曲线的尖峰负荷只占很
短时间（0.5～1h）时，则变压器长时间工作在欠载状态下，从而增大了变压器的安装容量。

在多数情况下，把变压器的额定容量选择到接近于较长运行时间的
最大负荷较为有利，同时考虑充分利用变压器在正常情况下的过负荷能力。

变压器的过负荷能力，取决于昼夜负荷曲线的负荷系数，以及昼夜和年温度变化特点，并取决于变压器的冷却方式。

⑸ 从年度损失和投资方面来讲，变压器过负荷运行小时数越大则越经济。

原苏联在选择单台变电所的额定容量时，计及变压器允许的经常性过负荷。

根据对多数终端，分支和企业变电所的统计，表明变压器容量Se=（0.75～0.8）P M 选择较为合理。

此时，以变压器的正常过负荷能力来承担变压器所遭受的短时高峰负荷（连续运行时间不宜超过1h ），过负荷以不缩短变压器的寿命为限。

因为变压器为具有高可靠性和低事故的元件，可允许在网络故障状态下有较大的过负荷，其寿命并不怎么缩短。

⑹ 对两台变压器的变电所，变压器的额定容量可按下式确定为
Se=0.8P M
即按80%的全部负荷选择，因此变电所的总安装容量为
∑Se=2×0.8 P M =1.6P M
当一台变压器停运时，可保证对80%负荷的供电，考虑变压器的事故过负荷能力为40%，则可保证98%负荷供电。

若取Se=0.6P M ，则当一台变压器停运时，可保证对60%的负荷供电，考虑变压器的过负荷能力为40%，则可保证84%负荷的供电。

由于一般变电所中，大约有25%的非重要负荷，在事故状态下可以切除，因此，采用Se=0.6P M ，对变电所保证重要负荷来说明是可行的。

⑺ 提高供电可靠性，在1989年我国原能源部所颁发的SDJ 2—88标准中，规定当一台主变停运时，其余主变容量应保证该所全部负荷的80%，这样，再将变压器的过负荷能力考虑进去，大致可以满足全部负荷的需要。

3.1.4 主变压器容量的计算
110kV 和10kV 负荷的同时系数都为0.9；110kV 与10kV 负荷同时系数为0.9，故有：
110KV 电压等级侧全部负荷：
S max =（ΣP max /COS θ）× 0.9=[（40 + 27 + 23 + 14）/0.9 + 38/0.85 ]×0.9 = 160.262 ×0.9=144.236 MV ·A 10KV 电压等级侧全部负荷：
S max =（ΣP max /COSθ）× 0.9=[（3 + 3 + 2.5 + 3 + 2.5 + 5 + 2.5）/0.85 +
（3 + 3 + 3 + 3）/0.9]×0.9 = （25.294 + 13.333）×0.9 =38.627×0.9 =34.764 MV ·A
110kV 和10kV 的总共负荷为: S=(144.236+34.764)×0.9=161.1 MV ·A
考虑负荷同时系数，主变压器承担总负荷：
S Σ= （144.236+34.764）×0.9 + 0.11195 =161.21 MV ·A
一台主变停运（检修）时，主变要满足的容量： S =S Σ=161.21×0.8=128.968 MV ·A
最大方式下运行且留裕10%后的容量：
S =（S Σ /2）×（1+10%）=（161.21/2）×110%=86.67 MV ·A
经过计算和分析可确定主变压器的容量要为最接近130 MV ·A ，即选 SFPS7-150000/220TH 型变压器。

3.2 所用变压器的选择
3.2.1 所用变压器主要参数选择
⑴ 绕组接线。

常用的绕组接线有Yyn 和Dyn 接线两种。

Yyn 接线在低压侧单相接地时，因变压器零序阻抗大，而高压侧零序电流小，所以无法实现过电流保护。

Dyn 接线变压器，因三角形绕组有零序电流通路，零序阻抗较小，与正序阻抗接近。

低压侧单相接线短路时，高压侧也有短路电流（正序、负序），容易实现过电流保护。

三角形绕组也是三倍次谐波电路的通路，有利于改善负荷侧电压波形畸变。

低压侧中性点浮动位移也小，低压侧电压也比较稳定。

因此，无特殊要求的情况下，所用变压器应优先选用Dyn 接线变压器。

⑵ 变压器阻抗的选择。

所用变压器的阻抗的大小直接影响低压侧短路电流的大小，母线电压波动和电动机的启动条件。

220～500kV 变电所，380/220V 系统一般没有大型电动机，电压波动如超过5%可采用带负荷调压变压器，因此所用变压器阻抗的选择主要考虑限制低压侧短路电路的水平。

⑶ 所用变压器的额定电压选择。

在220kV 变电所，当所用变压器接于10kV 配电装置主母线时，主母线与10kV 配电网相连，通过主变压器调压分接开关和投切电容器组来调整10kV 母线电压，其波动范围在10kV 配电网允许的范围内，。