推荐-220kv区域性降压变电所初步设计 2 精品

第一部分设计说明书
第一章电气主接线设计
1.1 变压器的选择
变电站变压器的选择应考虑如下几个方面：
(1)容量和台数的确定
由任务书知本所变电站采用两台型号完全相同的变压器，变压器容量为120MV A。

(2)型式选择：330kV及以下的电力系统，在不受运输条件限制时，应选用三相变压器；具有三种电压的变电所，如通过主变压器各侧绕组的功率均达到该变压器容量的15%以上，或低压侧无负荷，但在变电所内需装设无功补偿设备时，主变压器宜采用三绕组变压器。

(3)调压方式的选择：对于大型枢纽变电所，为保证系统的电压质量，一般都选择有载调压方式。

(4)容量比：由任务书可知容量比为50
100
:
100
:
(5)变压器的某个电压级若作为电源，为保证向线路末端供电的电压质量，该侧的电压按照110%额定电压选择；若某电压等级是电网的末端，该侧的额定电压按照电网额定电压选择；变压器低压侧按照105%额定电压选择。

因此，本设计可选用两台SFPSZ7-120000/220变压器，具体参数如下：
表 1.1 主变压器参数
1.2 电气主接线方案设计
1.2.1 电气主接线设计的基本要求与选择原则
电气主接线是发电厂和变电所电气部分的主体，它反映各设备的作用、连接方式和回路间的相互关系。

变电所的主接线应满足变电所在电力系统中的地位、回路数、设备和节约投资等要求，且便于扩建。

概括地说即可靠性、灵活性和经济性三方面。

(1)可靠性
安全可靠是电力生产和分配的首要任务，电气主接线的可靠性是指能够长期、连续、正常地向用户供电的能力。

电气主接线的可靠性不是绝对的。

同样形式的主接线对某些发电厂或变电站来说是可靠的，而对另一些发电厂或变电站则不一定能满足可靠性的要求。

所以，在分析电气主接线的可靠性时，要考虑发电厂和变电站在电力系统中的地位和作用、用户的负荷性质和类别、设备制造水平及运行经验等诸多因素。

此外，在保证可靠性的同时不可片面地追求更高的可靠性而忽视对灵活性和经济性的要求。

(2)灵活性
①操作的方便性。

电气主接线应该在满足可靠性的条件下，接线简单，操作方便，尽可能的使操作的步骤少，以便运行人员掌握，不致在操作过程中出错。

②调度时的方便性。

电气主接线在正常运行时,能根据调度的要求,方便的改变运行状态,并且在发生事故时,能尽快的切除故障,使停电时间最短,影响范围最小,不致过多地影响对用户的供电和破坏系统的稳定运行。

(3)经济性
方案的经济性体现在以下三个方面：
①投资省。

主接线力求简单，以节省一次设备的使用数量，继电保护和二次回路在满足技术要求的前提下，简化配置，优化控制电缆的走向，以节省二次设备和控制电缆的长度；采取措施，限制短路电流，得以采用价廉的轻型设备，节省投资。

②占地面积小。

主接线的选型和布置方式，直接影响到整个配电装置的占地面积。

③电能损耗小，在变电所中，电能损耗主要来自变压器，因此要经济合理的选择变压器的类型，容量，数量和电压等级。

此外，在选择主接线时还要考虑到具有扩建的可能性。

设计时不仅要考虑最
终接线的实现，还要考虑从初期接线过渡到最终接线的可能和分阶段施工的可行方案，使其尽可能的不影响连续供电或在停电时间最短的情况下，将来可顺利完成过渡方案的实现，使改造的工作量最少。

1.2.2 电气主接线设计方案
(1)220kV母线
220kV侧进出线回路总6回，可以采用双母线接线或双母线带旁路母线接线。

且该侧承担对一级负荷的供电，最大负荷利用小时数Tmax=5000h，从经济性比较双母线接线比双母线带旁路母线接线要省钱，且双母线接线方式操作方便，虽然没有双母线带旁路母线接线可靠性高，但是由于选择的断路器的性能比较好所以在此选用双母线接线比较合适。

方案比较如下：
表1-2 220kV母线方案比较
接线图如下：
双母线接线双母线带旁路母线接线
(2)110kV母线
110kV侧出线回路总8回，可以采用双母线接线或单母线分段带旁路。

由于电压等级较高，且回路出线较多，还带有一级负荷，所以首先考虑可靠性和灵活性，双母线接线方式可靠性和灵活性比单母线分段带旁路高，则应选双母线接线方式。

表1-3 110kV母线方案比较
接线方式
比较项目
双母线接线单母线分段带旁路
技术性任一组母线检修，不造成任何
停电；线路断路器检修，仅造
成本回路短时停电；母线隔离
开关检修，不造成任何停电；
任一组母线短路，可很快恢复
供电
简单清晰、易于发展、可靠性
灵活性差、旁路断路器可代替
出线断路器、进行不停地检修
出线断路器、保证重要用户供
电
经济性第二种所用设备少，更经济接线图如下：
双母线接线单母线带旁路母线接线
(3)10kV 母线
10kV侧进出线回路总4回，可以采用单母线接线或单母线分段接线。

由于该侧承担对II类用户的供电，最大一回负荷为2000kV A，且最大负荷利用小时数Tmax=3500h。

故从可靠性角度考虑，采用单母线分段接线。

表1-4 10kV母线方案比较
接线方式
比较项目
单母线接线单母线分段接线
技术性线路断路器检修会造成长时
间停电；母线检修或短路会造
成整个装置全部停电；母线隔
离开关检修也会造成整个装
置全部停电
任一段母线检修仅造成该段
母线上的电源与负荷停电；任
一段母线短路，仅造成该段母
线上的电源与负荷停电
经济性
后者比前者多用了一台断路器、两台隔离开关，增加投资不
很多
接线图如下：
单母线接线单母线分段接线由以上比较结果可做出如下电气主接线：
第二章 短路电流的计算
2.1 短路的类型
短路故障分为对称短路和不对称短路。

三相短路是对称短路，造成的危害最为严重，但发生的机会较少。

单相短路、两相短路、两相短路接地都是不对称短路，其中单相短路发生的机会最多，约占短路总数中的70％以上。

2.2 短路计算的目的
为了保证电力系统安全运行，在设计选择电气设备时，都要用可能流经该设备的最大短路电流进行热稳定校验和动稳定校验，以保证该设备在运行中能够经受住突发短路引起的发热和电动力的冲击。

同时，为了尽快切断电源对短路点的供电，继电保护装置将自动地使相关断路器跳闸。

2.3 短路计算的步骤
（1）计算三相短路电流的主要步骤如下： 1、根据本电站主接线图画出电力系统电气接线图； 2、根据规定的电气设备选择任务，确定所用的短路计算点； 3、计算各电气元件的电抗标幺值，画出等值电路图。

4、对各短路计算点进行网络化简，求出X *∑。

5、求出计算电抗X *js ，当S b 不等于S e∑时，b
e js
S S X X ∑
∑
=**，由X *js 查运算曲线表，求出各短路计算点不同时刻的三相短路电流。

（2）计算不对称短路电流主要步骤如下：
①计算电气设备元件的正序，负序，零序阻抗，绘出正，负，零序等值网络，②用正序增广网络计算单相接地短路电流，两相短路电流，两相短路接地电流。

计算短路点电流，根据如下公式：
∆
∑+=
Z Z I f )1()1(1
)1(f f MI I =
单相短路 ∑∑+)0()2(Z Z
3 两相短路
∑)2(Z
3
两相短路接地
∑∑∑∑+⨯)
0()2()0()2(Z Z Z Z
2
)0()2()0()2()
(13∑∑∑∑+⨯-
Z Z Z Z
2.4 短路计算结果
系统的等值电路图如下：(1000,B B av S MVA U U ==)
图2.1 系统的等值电路图 短路电流计算结果：
表2-1 短路电流计算结果
短路类型 各电压等级
220k 侧母线 110k 侧母线 10k 侧母线
第三章 导体与电气设备的选择
3.1 电气设备选择的一般条件
3.1.1 按正常工作条件选择电气设备
(1)额定电压
选择电气设备时，一般可按照电气设备的额定电压N U 不低于装置地点电网额定电压NS U 的条件选择，即：N NS U U ≥。

(2)额定电流
电气设备的额定电流N I 是指在额定环境温度0θ下，电气设备的长期允许电流。

N I 应不小于该回路最大持续工作电流max g I ，即：max N g I I ≥。

(3)类型和形式的选择
根据设备的安装地点，使用条件等因素，确定是选户内型还是户外型；选用普通型还是防污型；选用配置型还是成套型等。

3.1.2 按短路状态校验设备
(1)热稳定校验
通常制造厂直接给出设备的热稳定电流（有效值）t I 及允许持续时间t 。

热稳定条件为 2k t Q I t ≤
其中：k Q ——短路电流热效应，2kA s ⋅。

当()1k pr in a t t t t s =++>时，
)10(12
2
22
2"k k t t p p k I I I t Q Q ++=
=；反之，2"2
22
2")10(12
TI I I I t Q Q Q k k t t p np p k +++=
+=
式中：pr t --继电保护动作时间，验算裸导体时，取主保护动作时间，验算电气设备时，取后备保护动作时间；
in t --断路器固有分阐时间； a t --断路器全分阐时间。

(2)动稳定校验
制造厂一般直接给出设备的动稳定峰值电流es i (kA)，动稳定条件为
sh es i i ≤
其中：sh i ——所在回路的冲击短路电流，kA 。

3.2 电气设备的选择与校验
本设计需要选择的设备有断路器、隔离开关、母线、绝缘子、穿墙套管、互感器、熔断器、避雷器等。

根据电气设备选择的一般原则，按照正常运行情况选择设备，按短路情况校验设备。

3.2.1 断路器
断路器的型式选择要根据电压等级、安装地点、该断路器对系统稳定运行的影响等因素决定。

断路器要按工作电压和工作电流选择，需要校验开断能力、关合能力、热稳定校验、动稳定校验
(1)型号初选：
①额定电压选择：N NS U U ≥ ②额定电流选择：al I ≥max g I
(2)额定开断电流校验Nbr k I I ≥，满足热稳定要求。

其中：Nbr I ——断路器的额定开断电流，kA
k I ——断路器触头刚刚分开时的短路电流有效值，kA 。

当开断计算时间0.1br t s ≥时，简化用Nbr I I ''≥进行选择。

(3)动稳定校验
短路冲击电流 sh i ≤es i ，满足动稳定要求。

(4)热稳定校验 t I Q t k ⋅≤2，满足热稳定要求。

断路器选择结果如下所示：
表3-1 220kV 侧断路器参数
表3-2 110kV 侧断路器参数
表 3-3 10kV 断路器参数
3.2.2 隔离开关
隔离开关与断路器相比，额定电压、额定电流的选择及短路短路动、热稳定校验的项目相同。

但由于隔离开关不用接通和切断短路电流，故无需进行开断电流的校验。

(1)型号初选：
①额定电压选择：N NS U U ≥ ②额定电流选择：al I ≥max g I (3)动稳定校验
短路冲击电流 sh i ≤es i ，满足动稳定要求。

(4)热稳定校验 t I Q t k ⋅≤2，满足热稳定要求。

隔离开关选择结果如下所示：
表3-4 220kV 侧隔离开关参数
表3-5 110kV 侧隔离开关参数
表 3-6
10kV 侧隔离开关参数
表3-7 变压器220kV 侧中性点接地隔离开关
表3-8 变压器110kV 侧中性点接地隔离开关
3.2.3 母线
(1)选型
不强调防污性能时，导体一般都采用铝质材料。

常用的硬母线为矩形、槽形和管形。

矩形母线散热好，有一定的机械强度，便于固定连接，但集肤效应系数大，一般只用于35kV 及以下，电流在4000A 及以下的配电设备中；槽形母线机械强度较好，载流量大，集肤效应系数小，一般用于4000～8000A 配电装置中；管形母线集肤效应系数小，机械强度高，管内可以通水和通风，可用于8000A 以上的大电流母线，另外，由于圆管形表面光滑，电晕放电电压高，可用于110kV 以上配电装置母线。

110kV 及以上高压配电装置，一般采用软导线。

当采用硬导体时，宜用铝锰合金管形导体。

导体截面积可按长期发热允许电流或经济电流密度选择。

对负荷利用小时数大（通常指Tmax ＞5000h ），传输容量大，长度在20m 以上的导体，其截面一般按经济电流密度选择。

而配电装置的汇流母线通常在正常运行方式下，传输容量不大，可按长期发热允许电流选择
(2)母线的校验 ①电晕电压校验
对110kV 及以上电压的母线应校验母线电晕电压。

使导线安装处的最高工作电压U gmax 小于临界电晕电压U cr 。

即 U gmax ≤U cr
在海拔不超过1000m 的地区，当110kV 采用了不小于LGJ-70型，220kV 采用了不小于LGJ-300型的钢心铝绞线时，可不进行电晕电压校验
②利用最小截面法校验。

满足热稳定要求的最小截面
)
2min S mm =
对钢心铝绞线，考虑钢心发热的影响)2min S mm =
只要实际截面S≥S min ，则满足热稳定要求。

上式中，K f 为集肤系数，对于钢心铝绞线K f =1，矩形截面导体的K f 可查表，C 为热稳定系数，可查《发电厂电气主系统》第136页表6-2用插值法求得。

热稳定效应)10(12
2
22
2"k k t t p k I I I t Q ++=。

③校验动稳定
各种形状的硬导体通常都安装在支柱绝缘子上，短路冲击电流产生的电动力将使导体发生弯曲，因此，导体应按弯曲情况进行应力计算，而软导体不必进行动稳定校验。

母线选择情况如下：
表3-9 220kV侧母线参数
表3-10 110kV侧母线参数
表3-11 10kV侧母线参数
3.2.4 绝缘子
支持软母线应选用悬式绝缘子，支持硬母线应选用支柱绝缘子。

(1)悬式绝缘子
根据所在电网的电压选择绝缘子的额定电压，并根据电压等级选择绝缘子片
数。

(2)支柱绝缘子 ①选择型式
根据装设地点、环境，选择屋内、屋外式或防污式及满足使用要求的产品型式。

②选择额定电压
支柱绝缘子的额定电压应大于或等于所在电网的额定电压 N NS U U ≥ ③校验动稳定 1
max
c H F F H
=0.6de F < 其中：c F ——绝缘子顶端所受电动力
max F ——作用在导体截面中心线与绝缘子轴线交点上的电动力
1H ——绝缘子底部到导体中心线的高度
H ——绝缘子高度（mm ）
绝缘子的选择结果如下：
表3-12 220kV 绝缘子参数
表3-13 110kV 绝缘子参数
表3-14 10kV 侧绝缘子参数
3.2.5 穿墙套管
穿墙套管需要根据所在电网的额定电压、最大持续工作电流选择，并需要进行动稳定和热稳定校验。

(1) 型号初选
①额定电压选择：N NS U U ≥ ②额定电流选择：max N g I I ≥
(2)热稳定校验 t I Q t k ⋅<2，满足热稳定要求。

(3)动稳定校验
穿墙套管顶端所受电动力
7
2
12max 1.73102sh L L F i a
-+=⨯0.6de F <，满足动稳定要求。

其中：1L ——绝缘子跨距(m)； 2L ——套管本身长度(m)。

穿墙套管选择结果如下：
表3-15 主变与10kV 母线间穿墙套管参数
3.2.6 电流互感器
所有断路器的回路均应装设电流互感器,以满足测量仪表、保护和自动装置要求。

变压器的中性点上装设一台，以检测零序电流，一般情况下，可按变压器额定电流的1/3进行选择，并按单相短路时进行稳定校验。

电流互感器一般按三相配置。

(1)型号初选：
①额定电压选择：N NS U U ≥ ②额定电流选择：N I ≥max g I (2)内部动稳定校验
短路冲击电流
1sh N es i K <，满足内部动稳定要求。

其中：1N I ——电流互感器一次侧额定电流； es K ——动稳定倍数。

(3)热稳定校验 21()k t N Q K I t <⋅，满足热稳定要求。

其中：t K ——1s 热稳定倍数
电流互感器选择结果如下：
表3-16 220kV 侧电流互感器参数
表3-17 110kV 侧电流互感器参数
表3-18 10kV
侧电流互感器参数 表3-19 220kV 侧变压器中性点电流互感器参数
表3-20 110kV侧变压器中性点电流互感器参数
3.2.7 电压互感器
电压互感器的二次负荷阻抗很大，一次电流很小，不需选择额定电流。

外部电网短路电流不通过电压互感器，不需进行短路稳定性校验。

6-20kV屋内配电装置，一般采用油浸绝缘或树脂浇注绝缘结构的电磁式电压互感器。

110kV~220kV及以上配电装置，用电容式或串级式电磁电压互感器，为了避免铁磁谐振当容量和准确级满足要求时，一般采用电容式电压互感器。

电压互感器选择结果如下：
220kV电压互感器的选择
根据配电装置类型，选用电容式电压互感器，具体参数如下：
表3-21 220kV侧电压互感器参数
110kV电压互感器的选择
根据配电装置类型，选择三台单相瓷箱式，具体参数如下：
表3-22 110kV侧电压互感器参数
10kV电压互感器的选择
根据配电装置类型，选择三相五柱式电压互感器，具体参数如下：
表3-23 10kV侧电压互感器参数
3.2.8 熔断器
(1)参数的选择：高压熔断器应按所列技术条件选择，并按使用环境条件校验。

熔断器是最简单的保护电器，它用来保护电气设备免受过载电流的损害，屋内型高压熔断器在变电所中常用于保护电力电容器配电线路和配电变压器，而在电厂、及变电所中多用于保护电压互感器。

(2)熔体的选择：
熔体的额定电流应按高压熔断器的保护熔断特性选择，应满足保护的可靠性、选择性和灵敏度的要求。

保护35kV 及以下电力变压器的高压熔断器熔体的额定电流可按下式选择：
Ns max I KI =,K =1.1～1.3，max I ：电力变压器回路最大工作电流（A ）。

保护电力电容器的高压熔断器额定电流按下式选择Ns Nc I KI =,Nc I ：电力电容器回路的额定电流。

保护电压互感器的高压熔断器，一般选用2RN 型，其额定电压应高于或等于所在电网的额定电压（但限流式只能等于电网电压），额定电流通常均为0.5A ，其开断电流Nbr I 应满足Nbr I I ''≥。

熔断器选择结果如下：
表3-24 10kV 侧电压互感器熔断器参数
3.2.9 避雷器
（1）配电装置的每组母线上均应装设避雷器，就近接入主接地网，并加设集中接地装置。

（2）220kV 及以下变压器到避雷器的电气距离超过允许值时，变压器附近应增设一组避雷器。

（3）单元连接的发电机与变压器之间的母线桥无屏蔽部分长度大于50m ，应在发电侧每相装设0.15µF 电容器或磁吹避雷器。

保护高压旋转发电机用的避雷器，应具有较低的冲击放电电压和残压，通常采用FCD 型磁吹阀型避雷器。

（4）容量为25MW 及以上有支配线的发电机，应在每台发电机出线处装一组避雷器，25MW 及以下有支配线的发电机应尽量将母线上的避雷器靠近发电机装设或发电机出线上。

（5）发电厂和变电所35kV 及以下电缆进线段，在电缆与架空线的连接处应装设避雷器。

（6）SF6全封闭电器的架空线路侧必须装设避雷器。

（7）在不接地的支配线发电机中性点上应装设一台避雷器。

（8）下列情况的变压器中性点应装设避雷器。

I、直接接地系统中，变压器中性点为分级绝缘且装有隔离开关时；
II、直接接地系统中，变压器中性点为全绝缘，但变电所为单进线且为单台变压器运行时；
III、不接地和经消弧线圈接地的中性点一般不必装设，但多雷区且单进线变压器中性点需装设。

避雷器型号选择结果，如下
表3-25 避雷器的选择
第四章变压器保护
4.1 变压器的瓦斯保护
瓦斯保护继电器又称气体继电器。

瓦斯继电器安装在变压器油箱和油枕之间的连接管道中，油箱内的气体通过瓦斯继电器流向油枕。

瓦斯保护整定分为轻瓦斯保护整定和重瓦斯保护整定两部分。

（1）轻瓦斯保护的整定：
一般瓦斯继电器气体容积整定范围为250～300cm3，本次设计中的主变容量为120MV A，一般正常整定值为250cm3。

气体容积整定值是利用调节重锤的位置来改变的，变压器严重漏油油面降低时，继电器动作，同时发出“轻瓦斯动作”信号。

（2）重瓦斯保护的整定
重瓦斯保护动作的油流速度的整定范围为0.6～1.5m/s，在整定流速时均以导油管中的流速为准，而不依据继电器处的流速。

依据运行经验，管中油流速度整定为0.6~1m/s。

保护反映变压器内部的故障相当灵敏。

但是，在变压器外部故障时，由于穿越性故障电流的影响，在导油管中油流速度约为0.4～0.5m/s。

因此，为了防止穿越性故障时瓦斯保护动作，将油流速度整定在1m/s。

变压器内部发生严重故障时，油箱内产生大量气体，强烈的油流冲击挡板，继电器触点闭合，发出重瓦斯跳闸脉冲，跳开变压器各侧的断路器。

4.2 变压器的纵差动保护
主变差动保护作为变压器的主保护，能反映变压器内部相间短路故障、高压侧单相接地短路及匝间层间短路故障，差动保护是输入电流互感器的两端电流矢量差达到设定的动作值时启动动作元件。

正常情况流进的电流和流出的电流在保护内大小相等，方向相反，相位相同，两者刚好抵消，差动电流等于零；故障时两端电流向故障点流，在保护内电流叠加，差动电流大于零。

驱动保护出口继电器动作，跳开两侧的断路器，使故障设备断开电源
4.3 变压器的过电流保护
反应外部短路引起的变压器过电流和作为变压器主保护的后备保护，变压器
需装设过电流保护。

可采用的保护方式有：过电流保护、低电压起动的过电流保护、复合电压起动的过电流保护及负序过电流保护等。

复合电压过电流保护是由一个负序电压继电器和一个接在相同电压上的低电压继电器共同组成的电压复合元件，两个继电器只要有一个动作，同时过点流继电器也动作，整套装臵即能启动。

过电流保护：当流过被保护元件中的电流超过预先整定的某个数值时，保护装臵启动，并用时限保护动作的选择性，使断路器跳闸或给出报警信号，这种继电器保护称为过电流保护。

当变压器任意一侧有故障时，过流保护动作，无需将变压器全部停运。

因为三侧都装设了过电流保护，使其有选择性地切除故障。

各侧的过流保护可作为本侧母线、线路、变压器的主要保护或后备保护设备，主电源侧过流保护可作为另两侧的后备保护。

4.4 变压器的零序保护
对于中性点直接接地系统中的变压器，正常运行时，系统无零序电流和零序电压，零序保护不动作，当系统发生接地故障时，中性点将出现零序电流，母线将出现零序电压，变压器的零序保护就是根据这些电气量的变化来动作的，因此，对于中性点直接接地的变压器，应装设零序电流保护，作为变压器和相邻元件接地短路故障的今后被保护和外部接地故障的远后被保护，保护一般设两个时限，较短时限条母联或分段断路器，较长时限跳本侧断路器。

第五章高压配电装置规划设计
5.1 配电装置基本要求与设计原则
5.1.1 配电装置基本要求
(1)保证运行可靠；
(2)便于操作、巡视、检修；
(3)保证工作人员安全；
(4)力求提高经济性；
(5)具有扩建的可能。

5.1.2 配电装置设计原则
配电装置形式选择，应考虑所在地区的地理情况及环境条件，因地制宜，节约用地，并结合运行、检修、施工方面的要求，通过经济技术比较予以确定。

在确定配电装置形式时必须满足下述要求：
(1)安全净距的要求
(2)施工、运行和检修要求
(3)噪声允许标准
(4)静电感应的场强水平
(5)无线电干扰水平的允许标准
5.2 配电装置分类及布置特点
配电装置按电气设备装设地点不同，可分为屋内配电装置和屋外配电装置。

按其组装方式，可分为装配式和成套式。

(1) 屋内配电装置设备的布置特点：
①由于允许的安全净距小和可以分层布置而使占地面积较小；
②维修，巡视和操作都在户内进行，可减轻维护工作量，不受气候条件的影响；
③外界污秽空气对电气设备影响较小，可以减少维护工作量；
④房屋建筑投资大，建设周期长，但可采用价格较低的户内型设备。

(2) 屋外配电装置的布置特点：
①土建工作量和费用较小，建设周期短；。