220kV變電所電氣部分一次部分設計

1、 目錄 目錄 .1220kV 區(qū)域變電所的設計 . . 1 變電所的原始資料 . 1.1 變電所的性質 . 1.2 地理位置 .1.3 自然條件 . 1.4 出線情況. . .1.5 系統(tǒng)情況. 1.6 負荷資料.1.7 無功補償要求.2 變電所的設計 . 2.1 主變壓器容量，臺數(shù)及形式的選擇. 2.1.1 概述 . 2.1.2 主變壓器臺數(shù)的選擇. 2.1.3 主變壓器容量的選擇. 2.1.4 主變壓器型式的選擇. 主變壓器相數(shù)的選擇. 繞組數(shù)的選擇. 主變調壓方式的選擇. 連接組別的選擇. 容量比的選擇. 主變壓器冷卻方式的選擇. 2.1.5 主變壓器容量的確定計算. 2.1.6 所用變

2、壓器容量的選擇. 2.1.7 所用變壓器容量的選擇計算. . 2.2 電氣主接線的選擇. . 2.2.1 概述 . 2.2.2 主接線的方式選擇. . 單母線接線. . 單母線分段. . 單母線分段帶旁路. . 橋式接線. . 3/2 斷路器接線. 雙母線接線. . 雙母線分段接線. . 選擇設計方案. . 第 1 頁 共 頁 220kV區(qū)域變電所的設計摘要：隨著科學技術的發(fā)展，作為現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展的基礎和先行者電力工業(yè)，也隨之有了很大的發(fā)展。電力需求的大大增加，促使電力技術和電力工業(yè)進一步向高電壓，大機組，大電網的方向發(fā)展。為解決某地區(qū)用電的日益增長，提高電網供電能力和可靠性，加強220kV主網

3、構架，提高供電質量，滿足日益增長的用電需求，從而擬建220kV變電站。本設計針對220kV區(qū)域變電所的特點，闡述了區(qū)域變電所的設計思路，設計步驟，并進行了相關的計算和校驗。For personal use only in study and research; not for commercial use關鍵詞：區(qū)域變電所 ；設計方法 ；供配電For personal use only in study and research; not for commercial use、第1章 緒論1.1發(fā)展情況 近十年來，隨著我國國民經濟的快速增長，用電也成為制約我國經濟發(fā)展的重要因素，各地都在興建一

4、系列的用配電裝置。變電所的規(guī)劃、設計與運的根本任務，是在國家發(fā)展計劃的統(tǒng)籌規(guī)劃下，合理的開發(fā)和利用動力資源，用最少的用最少的支出(含投資和運行成本)為國民經濟各部門與人民生活提供充足、可靠和質量合格的電能。這里所指的“充足”，從國民經濟的總體來說，是要求變電所的供電能力必須能夠滿足國民經濟發(fā)展和與其相適應的人民物質和文化生活增長的需要，并留有適當?shù)膫溆?。變電所由發(fā)、送、變、配等不同環(huán)節(jié)以及相應的通信、安全自動、繼電保護和調度自動化等系統(tǒng)組成，它的形成和發(fā)展，又經歷了規(guī)劃、設計、建設和生產運行等不同階段。各個環(huán)節(jié)和各個階段都有各自不同的特點和要求，按照專業(yè)劃分和任務分工，在有關的專業(yè)系統(tǒng)和各個有

5、關階段，都要制訂相應的專業(yè)技術規(guī)程和一些技術規(guī)定。但現(xiàn)代變電所是一個十分龐大而又高度自動化的系統(tǒng)，在各個專業(yè)系統(tǒng)之間和各個環(huán)節(jié)之間，既相互制約又能在一定條件下相互支持和互為補充。為了適應我國國民經濟的快速增長，需要密切結合我國的實際條件，從電力系統(tǒng)的全局著眼，瞻前顧后，需要設計出一系列的符合我國各個地區(qū)的用以供電的變電所，用以協(xié)調各專業(yè)系統(tǒng)和各階段有關的各項工作，以求取得最佳技術經濟的綜合效益。1.2原始資料分析本次變電所設計為地區(qū)重要變電所，以供給附近地區(qū)的負荷。建于中等城市郊區(qū) 區(qū)域地勢較平坦，海拔高度為600m，有鐵路、公路經過本所附近。該地區(qū)年最高氣溫 37o，年最低氣溫-25o，最熱

6、月平均最高氣溫26o，最大風速20m/s，覆冰厚度10mm，地震烈度6級。雷電日40，周圍環(huán)境基本無污染。 220kV側共4回線與電力系統(tǒng)相連，不考慮發(fā)展余地。66kV側共12回架空出線， =0.85。設計變電站 4TS900/135-564SSPSL1/2202120km2120km 4QFQS-200-2 4SSP-/220序號用戶名稱最大負荷MW線路長度km回路數(shù)負荷級別1化工廠4650212冶煉廠4070213機械廠（甲、乙）2650424煤礦甲2660225煤礦乙3070226機修廠2220227市區(qū)變電站283022 在66 kV側裝設并聯(lián)電容器組，容量可取主變容量的10%-30%

7、，戶外布置。1.3本文主要內容 本次所設計的課題是某地區(qū) 220kV 區(qū)域變電所的設計，該變電所是一個地區(qū)性重要的區(qū)域變電所，它主要承擔 220kV 及 66kV 兩個電壓等級功率的交換，把接受功率主要送往 66 kV 側線路。因此此次 220 kV 區(qū)域變電所的設計具有 220kV、66 kV 及 10kV 三個電壓等級。220kV 側為主功率輸出，66kV 側以接受功率為主，10kV 主要用于本所用電以及無功補償。本次所設計的變電所是樞紐變電所，全所停電后，將影響整個地區(qū)以及下一級變電所的供電。第二章 變電所的設計2.1主變壓器容量、臺數(shù)及形式的選擇在各電壓等級的變電所中，變壓器是變電所中

8、的主要電氣設備之一，它擔任著向用戶輸送功率，或者在兩種電壓等級之間交換功率的重要任務，同時兼顧電力系統(tǒng)負荷增長情況，并根據電力系統(tǒng)510 年的發(fā)展規(guī)劃綜合分析，合理選擇。否則，將造成經濟技術上的不合理。如果主變壓器容量過大，臺數(shù)過多，不僅增加投資，擴大占地面積，而且還會增加損耗，給運行和檢修帶來不便，設備也未必能充分發(fā)揮效益；若容量選得過小，可能使變壓器長期在過負荷中運行，影響主變壓器的壽命和電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性。因此確定合理的變壓器容量是變電所安全可靠供電和網絡經濟運行的保證。 在生產上電力變壓器分為單相、三相、雙繞組、三繞組、自耦以及分裂變壓器等，在選擇主變壓器時，要根據原始資料和設計變電所的

9、自身特點，在滿足可靠性的前提下，從經濟性方面來選擇主變壓器。 選擇主變壓器的容量，同時要考慮到該變電所以后的擴建情況來選擇主變壓器的臺數(shù)及容量。2.1.2 主變壓器臺數(shù)的選擇 由原始資料可知，本次設計的是220kV區(qū)域變電所，它是以220kV輸出功率為主。把所受的功率通過主變傳輸至66kV 及10kV 母線上。若全所停電后，將引起下一級變電所與地區(qū)電網瓦解，影響整個市區(qū)的供電，因此選擇主變壓器臺數(shù)時，要確保供電的可靠性。為了保證供電可靠性，避免一臺主變壓器故障或檢修時影響供電，變電所中一般裝設兩臺主變壓器。當裝設三臺及三臺以上時，變電所的可靠性雖然有所提高，但接線網絡較復雜，且投資增大，同時增

10、大了占用面積和配電設備及用電保護的復雜性，以及帶來維護和倒閘操作等許多復雜化。而且還會造成中壓側短路容量過大，不宜選擇輕型設備?？紤]到兩臺主變壓器同時發(fā)生故障機率較小。適用遠期負荷的增長以及擴建，而當一臺主變壓器故障或者檢修時，另一臺主變壓器可承擔70%的負荷保證全變電所的正常供電。故選擇兩臺主變壓器互為備用，近期先建成一臺。2.1.3 主變壓器容量的選擇 主變壓器容量一般按變電所建成近期負荷，510 年的規(guī)劃負荷選擇，并適當考慮遠期1020 年的負荷發(fā)展，對于城郊變電所主變壓器容量應當與城市規(guī)劃相結合，該所近期和遠期負荷都給定，所以應按近期和遠期總的負荷來選擇主變壓器的容量，根據變電所帶負荷

11、的性質和電網結構來確定主變壓器的容量，對于有重要負荷的變電所，應考慮當一臺變壓器停運時，其余變壓器容量在過負荷能力允許時間內，保證用戶的一級和二級負荷，對一般性能的變電所，當一臺主變壓器停運時，其余變壓器容量應保證全部負荷的70%80%。該變電所是按70%全部負荷來選擇。因此裝設兩臺變壓器以供變電所用。當一臺變壓器停運時，可保證對60%負荷的供電，考慮到變壓器的事故過負荷能力為40%，則可保證98%負荷供電，而高壓側220kV 母線的負荷不需要跟主變壓器倒送，因為該變電所的電源引進線是220kV 側引進的。其中，中壓側及低壓側全部負荷需經主變壓器傳輸至各母線上。10kV 母線上有負荷，主要用來

12、無功補償用。即：主變壓器的容量為S 總=0.7（S 中壓側+S 低壓側）。2.1.4 主變壓器型式的選擇 （一）主變壓器相數(shù)的選擇 當不受運輸條件限制時，在330kV 以下的變電所均應選擇三相變壓器。而選擇主變壓器的相數(shù)時，應根據變電所的基本數(shù)據以及所設計變電所的實際情況來選擇。 單相變壓器組，相對來講投資大，占地多，運行損耗大，同時配電裝置以及繼電保護和二次接線的復雜化，也增加了維護及倒閘操作的工作量。本次設計的變電所，位于市郊區(qū)，交通便利，不受運輸?shù)葪l件限制，所址建在平原地區(qū)，故本次設計的變電所應選用三相變壓器。 （二）繞組數(shù)的選擇 在具有三種電壓等級的變電所，如通過主變壓器的各側繞組的功

13、率均達到該變壓器容量的15%以上或低壓側雖無負荷，但在變電所內需裝設無功補償設備，主變壓器宜采用三繞組變壓器。 一臺三繞組變壓器的價格及所用的控制和輔助設備，比相對的兩臺雙繞組變壓器都較少，而且本次所設計的變電所具有三種電壓等級，考慮到運行維護中安裝調試靈活，操作上滿足各種繼電保護的需求，工作量少及占地面積小，價格適宜等因素，故本次設計的變電所選擇三繞組變壓器。 （三）主變調壓方式的選擇 為了滿足用戶的用電質量和供電的可靠性，220kV 及以上網絡電壓應符合以下標準： 樞紐變電所二次側母線的運行電壓控制水平應根據樞紐變電所的位置及電網電壓降而定，可為電網額定電壓的11.3 倍，在日負荷最大、最

14、小的情況下，其運行電壓控制在水平的波動范圍不超過10%，事故后不應低于電網額定電壓的95%。 電網中任一點的運行電壓，在任何情況下嚴禁超過電網最高電壓，變電所一次側母線的運行電壓正常情況下不應低于電網額定電壓的95%100%。 調壓方式分為兩種，一種是不帶負荷切換,稱為無載調壓，調整范圍通常在5%以內；另一種是帶負荷切換,稱為有載調壓，調整范圍可達30%。 由于該變電所的電壓波動較大，故選擇有載調壓方式，才能滿足要求。 （四）連接組別的選擇變壓器繞組的連接方式必須和系統(tǒng)電壓相位一致，否則不能并列運行。全星形接線雖然有利于并網時相位一致的優(yōu)點，而且全星形接法，零序電流沒有通路，相當于與外電路斷開

15、，即零序阻抗相當于無窮大，對限制單相及兩相接地短路都有利，同時便于接消弧線圈限制短路電流。但是三次諧波無通路，將引起正弦波的電壓畸變，對通訊造成干擾，也影響保護整定的準確度和靈敏度。如果影響較大，還必須綜合考慮系統(tǒng)發(fā)展才能選用。我國規(guī)定110kV 以上的電壓等級的變壓器繞組常選用中性點直接接地系統(tǒng)，而且還要考慮到三次諧波的影響，會使電流、電壓畸變。采用三角形接法可以消除三次諧波的影響。所以應選擇Yo/Yo /接線方式。故本次設計的變電所選用主變壓器的接線組別為：Yo/Yo/ 1211。 （五）容量比的選擇 由原始資料可知，66kV 中壓側為接受功率繞組，而10kV 側主要用于本身所用電以及無功

16、補償裝置，所以容量比選擇為：100/100/50。 （六）主變壓器冷卻方式的選擇 主變壓器一般采用的冷卻方式有：自然風冷卻，強迫油循環(huán)風冷卻，強迫油循環(huán)水冷卻。 自然風冷卻：一般只適用于小容量變壓器。強迫油循環(huán)水冷卻：雖然散熱效率高，節(jié)約材料減少變壓器本體尺寸等優(yōu)點。但是它要有一套水冷卻系統(tǒng)和相關附件，冷卻器的密封性能要求高，維護工作量較大。所以，選擇強迫油循環(huán)風冷卻方式。2.1.5 主變壓器容量的確定計算根據變電所的基本數(shù)據可得：（1）66kV 側最大負荷：近期為316MW，同時率為0.85，其中一臺事故停用后，其余主變壓器的容量應保持該所全部負荷的60以上。 PK0 3160.85 S1=

17、 = 0.6 =189.6 MW 0.85因選擇兩臺主變壓器型號為：4SSPSL1/220和 4SSP-/220額定電壓： 高壓 22022.5%kV，中壓 121kV，低壓 10.5kV阻抗電壓%： 高中：2834% 高低：810% 中低：1824%容量比為： 100/100 /50連接組標號：Y0 / Y0 / 1211空載電流：0.8%空載損耗：70kW短路損耗：320kW2.1.6 所用變壓器容量的選擇對于樞紐變電站，總容量為60MVA 及以上的變電所，裝有水冷卻或強迫油循環(huán)冷卻的主變壓器以及裝有同步調相機的變電所，均裝設兩臺所用變壓器，分別接在最低一級母線的不同分段上，對裝有兩臺所用

18、變壓器時，采用單母線分段接線方式。由于本次設計的變電所，采用兩臺120MVA 的主變壓器，故采用兩臺所用變壓器，互為備用。且容量相等，一臺停運時，另一臺承受全部負荷。所用變壓器負荷計算采用換算系數(shù)法，不經常短時及不經常持續(xù)運行的負荷均可不列入計算負荷。當有備用所用變壓器時，其容量應與工作變壓器相同。所用變壓器容量按下式計算：S K1 P1+ P2S 所用變壓器容量（kVA） P1 所用動力負荷之和（kW）K1 所用動力負荷轉換系數(shù)，一般取K1=0.85 P2 電熱及照明負荷之和（kW） 所用電的接線方式，在主接線設計中，選用為單母線分段接線，選兩臺所用變壓器互為備用，每臺變壓器容量及型號相同，

19、并且分別接在不同的母線上。2.1.7 所用變壓器容量的選擇計算名稱 第一段母線容量（kW） 第二段母線容量（kW）變壓器修理動力 P1 34.29 其他動力 P2 42.6 46.9變電所空調動力 P3 15 15電 熱 P4 43.8 43.92照 明 P5 27.13 27.57調相機拖動設備 P6 S K1 P1 P2即第一段母線總容量 P1=(P1+P2+P3)0.85+P4+P5 = 0.85（34.29+42.6+15）+43.8+27.13 = 149（kVA） 第二段母線總容量： P2 = 0.85（P2 + P3）+ P4 + P5 = 0.85（46.9+15）+43.92

20、+25.57 = 122.1（kVA）故變電站所用變壓器的總容量為： S K1 P1 P2 =149+124.1 =271.1（kVA）所選擇的4TS900/135-56和4QFQS-200-2兩臺變壓器互為備用。額定電壓： 10 kV阻抗電壓（%）： 4連接組標號： Y0 / Y0 / 122.2電氣主接線的選擇 主接線是變電所電氣設計的首要部分，它是由高壓電器設備通過連接線組成的匯集和分配電能的電氣主回路，也是構成電力系統(tǒng)的重要環(huán)節(jié)。主接線的確定對電力系統(tǒng)整體及變電所本身運行的可靠性、靈活性和經濟性密切相關，并且對電氣設備的選擇、配電裝置、繼電保護和控制方式的選定有較大影響。因此，必須正確

21、處理好各方面的關系。 我國變電所設計技術規(guī)程SDJ279 規(guī)定：變電所的主接線應根據變電所在電力系統(tǒng)中的地位、回路數(shù)、設備特點及負荷性質等條件確定，并且滿足運行可靠，簡單靈活、操作方便和節(jié)約投資等要求，便于擴建。 （1）可靠性：安全可靠是電力生產的首要任務，保證供電可靠和電能質量是對主接線最基本要求，而且也是電力生產和分配的首要要求。主接線可靠性的具體要求： 1）斷路器檢修時，不宜影響對系統(tǒng)的供電； 2）斷路器或母線故障以及母線檢修時，盡量減少停運的回路數(shù)和停運時間， 并要求保證對一級負荷全部和大部分二級負荷的供電； 3）盡量避免變電所全部停運的可靠性。 （2）靈活性：主接線應滿足在調度、檢修

22、及擴建時的靈活性。 1）為了調度的目的：可以靈活地操作，投入或切除某些變壓器及線路，調配電源和負荷能夠滿足系統(tǒng)在事故運行方式，檢修方式以及特殊運行方式下的調度要求； 2）為了檢修的目的：可以方便地停運斷路器，母線及繼電保護設備，進行安全檢修，而不致于影響電力網的運行或停止對用戶的供電； 3）為了擴建的目的：可以容易地從初期過渡到其最終接線，使在擴建過渡時，無論在一次和二次設備裝置等所需的改造為最小。 （3）經濟性：主接線在滿足可靠性、靈活性要求的前提下做到經濟合理。 1）投資?。褐鹘泳€應簡單清晰，以節(jié)約斷路器、隔離開關、電流和電壓互感器、避雷器等一次設備的投資，要能使控制保護不過復雜，以利于運

23、行并節(jié)約二次設備和控制電纜投資；要能限制短路電流，以便選擇價格合理的電氣設備或輕型電器；在終端或分支變電所推廣采用質量可靠的簡單電器； 2）占地面積?。褐鹘泳€要為配電裝置布置創(chuàng)造條件，以節(jié)約用地和節(jié)省構架、導線、絕緣子及安裝費用。在不受運輸條件許可下，都采用三相變壓器，以簡化布置。 3）電能損失少：經濟合理地選擇主變壓器的型式、容量和數(shù)量，避免兩次變壓而增加電能的損失。2.2.2 主接線的方式選擇 電氣主接線是根據電力系統(tǒng)和變電所具體條件確定的，它以電源和出線為主體，在進出線路多時（一般超過四回）為便于電能的匯集和分配，常設置母線作為中間環(huán)節(jié)，使接線簡單清晰、運行方便，有利于安裝和擴建。而本所

24、各電壓等級進出線均超過四回，所以采用有母線的連接方式。 （一）單母線接線 單母線接線雖然接線簡單清晰、設備少、操作方便，便于擴建和采用成套配電裝置等優(yōu)點，但是不夠靈活可靠，任一元件（母線及母線隔離開關）等故障或檢修時，均需使整個配電裝置停電。單母線可用隔離開關分段，但當一段母線故障時，全部回路仍需短時停電，在用隔離開關將故障的母線段分開后，才能恢復非故障段的供電，并且電壓等級越高，所接的回路數(shù)越少，一般只適用于一臺主變壓器。單母線接線適用于110220kV 配電裝置的出線回路數(shù)不超過兩回，3560kV，配電裝置的出線回路數(shù)不超過3 回，610kV 配電裝置的出線回路數(shù)不超過5 回，才采用單母線

25、接線方式，故不選擇單母線接線方式。 （二）單母線分段用斷路器，把母線分段后，對重要用戶可以從不同段引出兩個回路；有兩個電源供電。當一段母線發(fā)生故障，分段斷路器自動將故障切除，保證正常段母線不間斷供電或不致于使重要用戶停電。但是，一段母線或母線隔離開關故障或檢修時，該段母線的回路都要在檢修期間內停電，而出線為雙回時，常使架空線路出現(xiàn)交叉跨越，擴建時需向兩個方向均衡擴建，單母線分段適用于：110kV220kV 配電裝置的出線回路數(shù)為810 回，3560kV 配電裝置的出線回路數(shù)為48 回，610kV 配電裝置出線為6 回及以上，則采用單母線分段接線。 （三）單母線分段帶旁路 這種接線方式適用于進出

26、線不多、容量不大的中小型電壓等級35110 kV的變電所較為實用，具有足夠的可靠性和靈活性。 （四）橋式接線 當只有兩臺變壓器和兩條輸電線路時，采用橋式接線，所用斷路器數(shù)目最少，它可分為內橋和外橋接線。 內橋接線適合于輸電線路較長，故障機率較多而變壓器又不需經常切除時，采用內橋式接線。當變壓器故障時，需停相應的線路。 外橋接線適合于輸電線路較短，且變壓器隨經濟運行的要求需經常切換或系統(tǒng)有穿越功率的線路。為檢修斷路器QF，不致引起系統(tǒng)開環(huán)，有時增設并聯(lián)旁路隔離開關以供檢修QF 時使用。當線路故障時需停止運行相應的變壓器。 所以，橋式接線可靠性較差，雖然它有使用斷路器少、布置簡單、造價低等優(yōu)點，但

27、是一般系統(tǒng)把具有良好的可靠性放在首位，故不選用橋式接線。 （五）3/2 斷路器接線 兩個元件引線用三臺斷路器接在兩組母線上組成一個半斷路器，它具有較高的供電可靠性和運行靈活性，任一母線故障或檢修均不致停電，但它使用的設備較多，占地面積較大，增加了二次控制回路的接線和繼保的復雜性，且投資大。 （六）雙母線接線它具有供電可靠、調度靈活、擴建方便等優(yōu)點，而且，檢修另一組母線時，不會停止對用戶連續(xù)供電。如果需要檢修某線路的斷路器時，不裝設“跨條”，則該回路在檢修期需要停電。對于，110kV220kV 輸送功率較多，送電距離較遠，其斷路器或母線檢修時，需要停電，而斷路器檢修時間較長，停電影響較大，一般規(guī)程規(guī)定，110kV220kV 雙母線接線的配電裝置中，當出線回路數(shù)達7 回，（110kV）或5 回（220kV）時，一般應裝設專用旁路斷路器和旁路母線。 （七）雙母線分段接線 雙母線分段，可以分段運行，系統(tǒng)構成方式的自由度大，兩個元件可以完全分別接到不同的母線上，對大容量且在需相互聯(lián)系的系統(tǒng)是有利的，由于這種母線接線方式是常用傳統(tǒng)技術的一種延伸，因此在繼電保護方式和操作運行方面都不會發(fā)生問題。而較容易實現(xiàn)分階段的擴建