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1、220kV变电站设计10第一章 绪 论1.1 选题背景与意义1.1.1 选题背景随着智能电网和特高压电网的大力推进，电网规模正日益快速增长。变电站作为电能传输的关键节点，起到了升压或者降压的作用，使电能在一个合适的电压等级水平传输以达到降低损耗的目的。设计合理的变电站能够带来巨大的经济效益和社会效益，设计不合理的变电站或者是变电站设计的失误往往会给国民经济造成无法挽回的损失。目前，随着我国城乡电网建设与改革工作的推进，除了常规变电站之外，还出现了微机变电站、综合自动化变电站和无人值班变电站等，为保持国民经济持续健康发展，在新形式下，必须更加关注变电站设计。变电技术与电网发展以及设备制造水平密切
2、相关。近年来，随着智能电网和特高压电网的大力推进，电网规模正日益快速增长。目前我国已建成的500kV变电站有近200座，220kV变电站也有几千座；500kV网架已成为主要的输电网络，各区域之间实现了联网，最终将实现全国电网互联。随着电气设备制造水平的不断提高，设备性能和质量也都有了较大的提升。除了传统的高压设备外，智能、自动、数字化的高压配电装置也都有了新的发展；计算机监控的微机保护已经在电力系统中得到了全面推广采用。变电站规划设计需满足可靠性、经济性、灵活性的要求。其中，可靠性是指规划方案要能满足正常运行和事故扰动下的要求；经济性是指规划方案考虑投资和年运行费后的年费用最小；灵活性是指规划
3、方案不仅要适应调度运行可能发生的各种运行方式，而且要便于过渡，且能应对规划中电源和负荷的适度变化。由于可靠性、灵活性、经济性三者之间相互制约，并常常会发生矛盾，故需权衡利弊，尽量达到综合最优。近年来，我国电网供电可靠性有了大幅提高，电网的稳定运行，为我国经济发展打下了坚实基础。在未来，随着经济与科学技术水平的发展，变电技术还将有新的突破，同时也将给电力工程技术人员提出一些需要解决的问题，例如：提升电压等级、站点选择如何深入负荷中心、进入市区如何减少占地问题；在电网联系变得越来越密切的情况下，如何解决发生事故时故障的快速切除、故障点的隔离以保证电力系统安全稳定问题；电网短路电流水平不断提升，如何
4、限制短路电流大小问题；在保证供电可靠性前提下，如何恰当选择电气主接线和设备、降低工程造价问题等。1.1.2 选题意义大学四年完成了包含电路、电机学、发电厂电气部分、电力系统分析（稳态、暂态）、继电保护等电力系统主干课程的学习，为以后从事电力系统方向的工作打下了良好的基础。变电站设计涉及到多个方面的内容，如变压器选型，电气主接线设计，短路电流计算，继电保护配置以及高压防雷知识等，几乎涵盖了本科期间所学的所有电力系统方面的内容。通过本次毕业论文设计，可以加深对电力系统理论知识的理解，熟悉变电站设计的工作内容，提高自己理论联系实践的技能，培养解决实际问题的能力，为以后走上工作岗位打下更加坚实的基础，
5、都具有重要的实际意义。1.2 本文的主要工作本文以变电站设计为最终目的，在广泛查阅文献与技术手册的基础上，研究了变压器选型，电气主接线设计，短路电流计算，继电保护配置以及高压防雷保护配置等，主要开展了以下工作：第一章绪论。在论述了论文研究背景与意义的基础上，明确了本文研究的主要内容。第二章原始资料及数据分析。对本文待设计的变电站进行数据分析，为开展后续工作打好基础。第三章主变压器的选择。根据待规划变电站的地理位置、负荷情况、重要性等因素选择主变压器并确定其台数、容量、型号、参数。第四章电气主接线设计。在论述主接线方式及设计原则的基础上，为本文待规划变电站设计最优的主接线形式，并做出住接线图。第
6、五章短路电流计算。研究变电站各个电压等级下的短路并计算最严重情况下的短路电流。第六章导体和电气设备选择。研究按照正常工作条件选择，按照短路条件校验的原则选择待规划变电站的导体和电气设备。第七章继电保护配置。当电力系统发生故障时，为了及时将故障切除使故障部分免于继续遭到损坏、非故障部分继续运行，需要给变电站配置继电保护装置。第八章防雷保护。为待规划变电站设计防雷保护，使变电站导体和电气设备免遭雷电的损坏。第九章总结。总结本文研究内容及成果，并结合论文存在的不足，展望后期可进一步开展的研究工作。第二章 原始资料及数据分析2.1 原始资料（一）变电站性质：本站为枢纽变电站，以110kV电压等级向地区
7、用户供电。（二）站址条件：建于大城市近郊，向市区用电和大工业用户供电。地势平坦，交通便利，有公路、铁路经过。最低温度-30，最高气温+38，年平均气度+10，最大风速30m/s，覆冰厚度10 mm，土壤电阻率500. m，地震烈度6级，雷电日30，周围环境较清洁，不受各类污染的影响，冻土深度1.5m，主导风向夏南，冬北。（三）负荷资料：（1）220kV侧共2回线与系统相连。（2）110kV侧共9回架空出线，负荷同时率0.85，线损率5%，=0.9。表2-1 110kV电压等级下负荷数据负荷名称最大负荷(MW)线路长度（km）回路数附注大型电机厂50302有重要负荷变压器厂40301有重要负荷开
8、关厂20251电容器厂20251市区变电所甲50302有重要负荷市区变电所乙40402有重要负荷（3）10kV侧共8回架空线，负荷同时率0.85，线损率5%，=0.85。表2-2 10kV电压等级下负荷数据负荷名称最大负荷(MW)线路长度（km）回路数附注通用机械厂6101毛纺机械厂4151毛纺厂8181印染厂8161化纤厂18182有重要负荷电机厂8201丝织厂10201（四）系统情况： 200kM 150kM 4*QFSS-200-2 120KM 4*SSPSL-240/220kV 4*QFSS-200-2 4*SSPSL-240/220kV 变电站 图2-1 系统概况图2.2 数据分析(
9、1)负荷分析由原始数据可知：待设计变电站有两回220kV进线，出线有两个电压等级，分别是110kV和10kV，且分别接有不同性质的负荷，当接有重要负荷时通过设置2回线路以保证供电的可靠性。对110kV和10kV电压等级下的负荷进行统计分析。根据原始资料给定的有功功率P、功率因数、同时率以及线损率得视在功率的计算公式，如式2-1所示。 (2-1)由式2-1，分别计算110kV、10kV电压等级下的视在功率。该变电所总的视在功率为：(2)发电机分析对于QFSS-200-2型发电机电压为15.75kV，容量为200MW，功率为=0.85，电抗为=14.23%。 若功率基准SB取为100MVA，则对发
10、电机的相关参数进行基准值转换。(3)变压器分析对于SSPSL-240000/220型变压器，电压为2422*2.5%/15.75，容量为240MVA，短路电压为=14%，接线方式：Yd11。若功率基准SB取为100MVA，则对变压器的相关参数进行基准值转换。（4）线路分析取架空输电线路单位电抗为=0.4/km，若功率基准SB取为100MVA，求线路的阻抗标幺值。第三章 主变压器的选择变压器是变电站中最贵重和最重要的设备，是关键的一次设备，其主要功能是升高或降低电压，使电能在一个合适的电压等级水平传输以达到降低损耗的目的。3.1 主变压器选择原则选择主变压器时应满足可靠的对负荷供电的要求，对含有
11、大量一、二级负荷的变电站，应选用两台变压器，这样的话当一台变压器故障或检修时，另一台变压器保证对一、二级负荷继续供电；对于负荷中只有二级负荷的变电站，也可以只采一台变压器，但须在低压侧设有其它变电站相连的联络线作为备用电源或另有自备电源；对季节性负荷或昼夜负荷变化较大而宜于采用经济运行方式的变电站也可以采用两台主变压器。在确定变电站主变压器台数时，应适当考虑负荷的增长留有一定余地。3.2 主变压器的选择3.2.1 选择主变压器台数（1）对大城市的一次变，在中、低压侧构成环网情况下，装两台主变为宜。（2）对地区性孤立的一次变或大型的工业专用变电所，设计时应考虑装三台的可能性。（3）对规划只装两台
12、主变的变电所，其主变基础宜大于变压器容量的1-2级设计，以便负荷发展时更换主变。由以上分析知待设计变电站应选择两台主变。3.2.2 选择主变压器容量(1)主变压器的容量一般按照5-10年的规划负荷选择，并综合考虑所在地区的未来发展趋势，而处于城市边缘地区的变电站，主变压器容量参考所在城市的未来规划。(2)综合分析负荷性质和变电站所在的电网结构，选择适宜的主变容量，对有I、II级负荷的变电站应考虑当一台主变因故障或检修停运时，剩余变压器能够在过负荷状态下保证I、II级负荷的正常供电；对于一般的变电站，当一台主变停运时，其余主变压器应能保证全部负荷的60。(3)相同电压等级的变压器容量的选择不宜太
13、多，应从电网整体出发，推行系列化和标准化。由第二章对原始资料的分析可知，待设计变电站承担总的视在功率为283.27MVA，在满足以上原则的条件下，并查询设计手册，可选择单台额定容量为180MVA的变压器。3.2.3 选择变压器型式(1)相数的选择根据相关规程，对于选址比较开阔平坦，交通条件便利的站点，只要不是容量过大而难以制造，均宜采用三相变压器，综合以上分析，此变电所应采用三相变压器。(2)绕组数和绕组连接方式的选择电力工程电气设计手册一起其他相关规程中指出：对于含三种不同电压的变电站中，倘若通过各绕组的功率达到该变压器容量的15以上，则可以选择三绕组变压器，由第二章的负荷数据分析可知明显满
14、足上述情况。故该市郊变电站主变压器选择三绕组变压器。电力工程电气设计手册和相应规程指出：变压器绕组的连接方式必须和系统接线方式一致，否则不能并列运行。变压器绕组采用的连接方式有Y（星型）和（三角型）两种，为了消除三次谐波的影响，在设计时有一个绕组是的，我国110kV及以上的电压等级均为大电流接地系统，所以需要选择的连接方式，而6-10kV侧采用的连接方式。故该市郊变电站主变压器采用的绕组连接方式为： 。(3)主变阻抗和调压方式的选择电力系统电气设计手册和相应规程中指出：变压器各侧阻抗值的选择须从电力系统稳定、无功分配、继电保护、短路电流、系统内的调压手段和并列运行等的方面进行综合考虑，并应以对工程起决定性作用
