220kV變電站電氣一次初步設(shè)計 李輝,220kV變電站電氣一次初步設(shè)計,李輝,kv,變電站,電氣,一次,初步設(shè)計 華北電力大學(xué)科技學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(論文)任務(wù)書 所在院系 電力工程系 專業(yè)班號 電氣07k6 學(xué)生姓名 李輝 指導(dǎo)教師簽名 審批人簽字 畢業(yè)設(shè)計(論文)題目 220kV變電站電氣一次初步設(shè)計 2011年 2 月 21 日 一、畢業(yè)設(shè)計(論文)主要內(nèi)容 1、根據(jù)原始資料選擇5～7種合理的電氣主接線； 2、進行初步技術(shù)、經(jīng)濟比較，選擇2種較好的電氣主接線； 3、選擇主變壓器的容量和型號； 4、計算兩種主接線的短路電流； 5、根據(jù)短路電流計算結(jié)果選擇電氣設(shè)備； 6、通過技術(shù)經(jīng)濟比較確定最佳方案； 7、防雷系統(tǒng)設(shè)計； 8、屋內(nèi)外配電裝置設(shè)計和總平面布置 9、繪制圖紙：電氣主接線、電氣總平面布置、防雷與接地各一張，配電裝置斷面圖3～4張。 二、基本要求 1、進行充分的文獻閱讀，了解變電站電氣一次系統(tǒng)設(shè)計的主要任務(wù)和當(dāng)前發(fā)展趨勢； 2、通過本設(shè)計，能夠綜合運用電力工程基礎(chǔ)、供用電技術(shù)等專業(yè)課程的相關(guān)知識； 3、通過電氣主接線、總平面及斷面圖的設(shè)計，加深對變電站配電裝置布置方法和原則的理解和認(rèn)識。 三、設(shè)計(論文)進度 序號 設(shè)計項目名稱 完成時間 備注 1 內(nèi)容1、2、3 2周 2 內(nèi)容4、5、6 3周 3 內(nèi)容7、8 3周 4 內(nèi)容9 4周 5 撰寫畢業(yè)論文 2周 設(shè)計(論文)預(yù)計完成時間： 2011 年 6 月 16 日 四、參考資料及文獻 1、發(fā)電廠電氣部分 華中工學(xué)院 2、發(fā)電廠電氣部分課程設(shè)計參考資料 天津大學(xué) 3、電力工程設(shè)計手冊(1～4分冊) 東北西北電力設(shè)計院 4、發(fā)電廠變電所電氣主接線和布置 西北電力設(shè)計院 5、發(fā)電廠變電所電氣主接線設(shè)計 西安交通大學(xué) 五、附錄 原始數(shù)據(jù) 1.變電所類型：220kV降壓變電站 2.電壓等級：220/110/35kV 3.負(fù)荷情況： 110kV側(cè)：最大負(fù)荷160MW，最小負(fù)荷100MW，Tmax=5000小時，cosφ=0.9 35kV側(cè)：最大負(fù)荷70MW，最小負(fù)荷30MW，Tmax=4100小時，cosφ=0.85 4.進出線情況 220kV側(cè)：2回 110kV側(cè)：10回 35kV側(cè)：6回 5.系統(tǒng)情況 （1）歸算至220kV母線的系統(tǒng)短路電抗幺值為0.20（SB＝100MVA）； （2）歸算至110kV母線系統(tǒng)短路電抗幺值為0.22（SB＝100MVA） 6.環(huán)境條件：同本地條件 華北電力大學(xué)科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計 論文 I 畢 業(yè) 設(shè) 計 論文 題目 220kV 變電站電氣一次初步設(shè)計 系 別 電力工程系 專業(yè)班級 電氣 07K6 學(xué)生姓名 李輝 指導(dǎo)教師 胡永強 二 一一年六月 華北電力大學(xué)科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計 論文 II 變電所電氣一次系統(tǒng)設(shè)計 摘要 電力工業(yè)是國民經(jīng)濟發(fā)展的基礎(chǔ)工業(yè) 也是現(xiàn)代城市發(fā)展的主要能源和動力 隨著 經(jīng)濟的發(fā)展和現(xiàn)代工業(yè)建設(shè)的迅速崛起 供電系統(tǒng)的設(shè)計越來越全面 系統(tǒng) 工廠用電 量迅速增長 對電能質(zhì)量 技術(shù)經(jīng)濟狀況 供電的可靠性指標(biāo)也日益提高 因此對供電 設(shè)計也有了更高 更完善的要求 供電系統(tǒng)的核心部分是變電所 因此設(shè)計和建造一個 安全 經(jīng)濟的變電所是極為重要的 變電站是電力系統(tǒng)的一個重要組成部分 由電器設(shè)備及配電網(wǎng)絡(luò)按一定的接線方式 所構(gòu)成 他從電力系統(tǒng)取得電能 通過其變換 分配 輸送與保護等功能 然后將電能 安全 可靠 經(jīng)濟的輸送到每一個用電設(shè)備的轉(zhuǎn)換場所 本次設(shè)計的主題是 220kV 降壓 變電所電氣一次系統(tǒng)設(shè)計 除了注重變電所設(shè)計的基本計算外 對于電氣主接線的選擇 和論證等都做了充分的說明 本變電所的初步設(shè)計包括了 變電所主接線方案的選擇 變電所主變壓器臺數(shù) 容量 和型式的確定 短路點的確定和短路電流的計算 電氣設(shè)備的選擇 配電裝置設(shè)計和總 平面布置 防雷保護和接地系統(tǒng)的設(shè)計 另外繪制了幾張圖紙 包括 電氣主接線圖 電氣總平面布置圖 斷面圖 圖紙規(guī)格與布圖規(guī)范都按照電力系統(tǒng)相關(guān)的圖紙要求來進 行繪制 關(guān)鍵詞 變電站 短路計算 設(shè)備選擇 電氣主接線 總平面布置 華北電力大學(xué)科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計 論文 III A DESIGN OF ELETRIC SYSTEM FOR SUBSTATION ABSTRACT Electric power industry is the foundation of industrial development of the national economy also the development energy and the power of the modern urban Along with the economic development and the modern industry developments of quick rising the design of the power supply system become more and more completely and system Because the quickly increase electricity of factories it also increases seriously to the dependable index of the economic condition power supply in quantity The power supply system s hard core is a transformer substation Therefore designs and constructs a security and economical transformer substation is great importance The substation is an importance part of the electric power system it is consisted of the electric appliances equipments and the Transmission and the Distribution It obtains the electric power from the electric power system through its function of transformation and assign transport and safety This design s subject is a design of electric system for 220kV step down transformer substation Besides paying great attention on the basic computation of the transformer substation design and so on has given the full explanation on regarding the main wirings choice and the proof This first step of design included Transformer substation main wiring plan choice Transformer substation main transformer number capacity and pattern determination Short dot determination and short circuit computation Electrical equipment s choice Power distribution equipment design and total plane layout Anyi radar protection and earth system s design Moreover has drawn up some blueprints including Electrical main wiring diagram electrical total floor plan 220kV wiring sectional drawing The blueprint specification and the butut all standard deferred to the electrical power system related blueprint request to carry on the plan Keywords Transformer substation Short circuit computation Unit select Electrical main wiring Total plane layout 華北電力大學(xué)科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計 論文 目 錄 摘要 I ABSTRACT II 前言 3 原始數(shù)據(jù) 2 1 電氣主接線選擇 3 1 1 概述 3 1 1 1 可靠性 3 1 1 2 靈活性 3 1 1 3 經(jīng)濟性 3 1 2 主接線的接線方式選擇 4 1 2 1 單母線接線 4 1 2 2 單母分段接線 4 1 2 3 橋形接線 4 1 2 4 角形接線 4 1 2 5 一臺半斷路器 3 2 接線 5 1 2 6 雙母接線 5 1 2 7 雙母線分段接線 5 2 主變壓器容量 臺數(shù)及型式的選擇 6 2 1 概述 6 2 2 主變壓器臺數(shù)的選擇 6 2 3 主變壓器容量的選擇 6 2 4 主變壓器型式的選擇 7 2 4 1 主變壓器相數(shù)的選擇 7 2 4 2 繞組數(shù)的選擇 7 2 4 3 主變調(diào)壓方式的選擇 8 2 4 4 連接組別的選擇 8 2 4 5 容量比的選擇 8 2 4 6 主變壓器冷卻方式的選擇 8 3 短路電流計算 9 3 1 概述 9 3 2 短路計算的目的及假設(shè) 9 3 2 1 短路電流計算是變電所電氣設(shè)計中的一個重要環(huán)節(jié) 9 3 2 2 短路電流計算的一般規(guī)定 9 華北電力大學(xué)科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計 論文 3 2 3 短路計算基本假設(shè) 10 3 2 4 基準(zhǔn)值 10 3 2 5 短路電流計算的步驟 10 4 電氣設(shè)備的選擇 11 4 1 概述 11 4 1 1 一般原則 11 4 1 2 技術(shù)條件 11 4 2 斷路器的選擇 12 4 3 隔離開關(guān)的選擇 12 4 4 互感器的選擇 13 4 4 1 電流互感器的選擇 13 4 4 2 電壓互感器的選擇 14 4 5 母線的選擇 15 4 5 1 裸導(dǎo)體的選擇條件和校驗 15 4 5 2 母線及電纜截面的選擇 15 4 6 支持絕緣子的選擇 16 5 防雷保護設(shè)計 17 5 1 防雷保護的設(shè)計 17 5 2 主變中性點放電間隙保護 17 5 3 避雷器的選擇 17 5 4 避雷針的配置 17 6 接地網(wǎng)的設(shè)計 19 6 1 設(shè)計說明 19 6 2 接地體的設(shè)計 19 6 3 典型接地體的接地電阻計算 19 7 電氣總平面布置及配電裝置的選擇 20 7 1 概述 20 7 2 高壓配電裝置的選擇 20 7 3 電氣總平面布置 23 8 主接線比較選擇 24 9 主變?nèi)萘康拇_定計算 30 9 1 變壓器容量的選擇 30 9 2 主變?nèi)萘勘鹊拇_定 30 10 短路計算 31 10 1 計算變壓器各繞組電抗 31 華北電力大學(xué)科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計 論文 10 2 計算系統(tǒng)及線路阻抗 32 10 3 220kV 側(cè)短路電流 32 10 4 110kV 側(cè)短路電流 33 10 5 6kV 側(cè)短路電流 34 11 導(dǎo)體和電氣設(shè)備選擇計算 36 11 1 斷路器的選擇計算 36 11 1 1 220kV 側(cè)斷路器的選擇計算 36 11 1 2 110kV 側(cè)斷路器的選擇計算 36 11 1 3 35kV 側(cè)斷路器的選擇計算 37 11 2 隔離開關(guān)選擇計算 38 11 2 1 220kV 隔離開關(guān)選擇計算 38 11 2 2 110kV 隔離開關(guān)選擇計算 39 11 2 3 35kV 隔離開關(guān)選擇計算 39 11 3 電流互感器的選擇計算 40 11 3 1 220kV 側(cè)電流互感器的選擇計算 40 11 3 2 110kV 側(cè)電流互感器的選擇計算 41 11 3 3 35kV 側(cè)電流互感器的選擇計算 41 11 4 電壓互感器選擇計算 42 11 4 1 220kV 側(cè)電壓互感器的選擇計算 42 11 4 2 110kV 側(cè)電壓互感器的選擇計算 42 11 4 3 35kV 側(cè)電壓互感器的選擇計算 43 11 5 220kV 110kV 35kV 側(cè)母線選擇計算 43 11 5 1 220kV 側(cè)母線的選擇 43 11 5 2 110kV 側(cè)母線的選擇 45 11 5 3 35kV 側(cè)母線的選擇 46 11 6 支持絕緣子的選擇 47 12 經(jīng)濟性比較 48 13 避雷器及避雷針的選擇 50 13 1 避雷器的選擇 50 13 2 避雷針的選擇 51 14 接地網(wǎng)設(shè)計計算 53 結(jié)束語 55 參考文獻 55 致謝 56 華北電力大學(xué)科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計 論文 1 前言 本次畢業(yè)設(shè)計 目的在于鞏固自己的專業(yè)知識 因為我的設(shè)計同專業(yè)知識聯(lián)系非常 緊密 這就使我在進行畢業(yè)設(shè)計的同時 又對電力系統(tǒng) 電氣設(shè)備等專業(yè)課進行了復(fù)習(xí) 提高了自己的專業(yè)基礎(chǔ)水平 同時通過設(shè)計使我熟悉了設(shè)計過程 掌握了基本的設(shè)計知 識 熟悉了相關(guān)的設(shè)計手冊 輔助資料和國家有關(guān)規(guī)章制度 本次畢業(yè)設(shè)計是在完成本專業(yè)所有課程后進行的綜合能力考核 內(nèi)容為 220kV 降壓 變電所電氣一次系統(tǒng)設(shè)計 并根據(jù)變電所設(shè)計的基本原理設(shè)計 務(wù)求掌握常規(guī)變電所的 電氣一次系統(tǒng)的原理及設(shè)計過程 通過對原始資料的分析 主接線的選擇及比較 短路 電流的計算 主要電器設(shè)備的選擇及校驗 線路圖的繪制以及避雷器 避雷針的選擇等 步驟 最終確定了 220kV 變電站所需的主要電器設(shè)備 主接線圖以及變電站防雷保護方 案 華北電力大學(xué)科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計 論文 2 原始數(shù)據(jù) 1 變電站類型 220kV 降壓變電所 2 電壓等級 220 110 35kV 3 負(fù)荷情況 110kV 最大 160MW 最小 100MW Tmax 5000 小時 cos 0 9 35kV 最大 70MW 最小 30MW Tmax 4100 小時 cos 0 85 4 出線情況 1 220kV 側(cè) 2 回 2 110kV 側(cè) 10 回 3 35kV 側(cè) 6 回 5 系統(tǒng)情況 1 歸算至 220kV 母線的系統(tǒng)短路電抗標(biāo)幺值為 0 2 SB 100MVA 2 歸算至 110kV 母線的系統(tǒng)短路電抗標(biāo)幺值為 0 22 SB 100MVA 6 環(huán)境條件 同本地條件 1 最高溫度 40 最低溫度 30 年平均溫度 20 2 土壤電阻率 Z1 1119 892 萬元 u2 104 63 萬元 u2 104 4 萬元 綜上比較 可知方案 1 為最經(jīng)濟方案 華北電力大學(xué)科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計 論文 50 13 避雷器及避雷針的選擇 13 1 避雷器的選擇 220kV 母線接避雷器的選擇及校驗 由 查書選 如下表 13 1 所示 20nUkV 20FZJ 表 13 1 的技術(shù)數(shù)據(jù)20J 工頻放電電壓 kV 型號 組合方式 額定電壓 kV 滅弧電壓 kV 不小于 不大于20FZJ 8 FZ 30J 220 200 448 536 檢驗 1 滅弧電壓 其中 為導(dǎo)線對地相電壓 為系數(shù) 當(dāng)導(dǎo)線對地相電壓最大mixgUk xg k 時為 1 因為 2017 23xg V 20miUV 所以 mixgUk 2 工頻放電電壓下限 5gf 因為 448kV gfx 203 4 563fx kV 所以 gfxxgU 則可選此型號 由 查書選 如下表 11 1 所示 10nUkV 10FZJ 表 13 2 的技術(shù)數(shù)據(jù)10J 工頻放電電壓 kV 型號 組合方式 額定電壓 kV 滅弧電壓 kV 不小于 不大于 華北電力大學(xué)科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計 論文 51 10FZJ 4 FZ 30J 110 100 224 268 檢驗 1 滅弧電壓 其中 為導(dǎo)線對地相電壓 為系數(shù) 當(dāng)導(dǎo)線對地相電壓最大mixgUk xg k 時為 1 因為 kV1064 713xgV 0miU 所以 mixgk 2 工頻放電電壓下限 5gf 因為 224kV 所以gfxU103 2 83fx kV 3 5gfx 則可選此型號 35kV 母線接避雷器的選擇及校驗 由 kV 查書選 FZ 35 型 如下表所示 10nU 表 13 3FZ 35 的技術(shù)數(shù)據(jù) 工頻放電電壓 kV 型號 組合方式 額定電壓 kV 滅弧電壓 kV 不小于 不大于 FZ 35 152 FZ35 41 84 104 檢驗 1 滅弧電壓 mixgUk 因為 VKxg21 0351 kVUmi35 所以 mixgk 2 工頻放電電壓下限 5gf 因為 84kV gfxUkVUgfx73 03 所以 5gfxxg 則可選此型號 避雷器型號一覽表 表 13 4 各電壓等級選用避雷器型號 型號 組合方式 額定電壓 kV 滅弧電壓 kV 工頻放電電壓 kV 華北電力大學(xué)科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計 論文 52 不小于 不大于20FZJ 8 FZ 30J 220 200 448 5361 4 FZ 15 110 100 224 268 FZ 35 15 FZ35 41 84 104 13 2 避雷針的選擇 為了對本站覆蓋 采用四支避雷針 被保護變電所總長 103 8m 寬 91m 如圖所示 1 的確定 xr 公式為 13 1 1 6axhp 在被保護高度 平面上的保護半徑 m xr x 被保護高度 m h 避雷針高度 m 避雷針有效高度 m ax 本站被保護的最高高度為 15m 避雷針高度 50m 因為 所以 30h 5 ph mxa 315 計算得 r6 2 的確定 xb 的尺寸由相鄰兩支避雷針的裝設(shè)條件決定 即針尖距離和避雷針保護物體的有效 長度來決定 兩避雷針間 水平面上的保護范圍最小寬度為 xh2xb 公式為 13 2 1 57xDbP 避雷針高度 m h 被保護高度 m x 兩者距離 m 計算得 當(dāng) 為 134 3m 時 Dmbx5 16 當(dāng) 為 163m 時 9 1 與 2 rx3mbx5 16 2 與 3 9 3 與 4 mx6 x 4 與 1 華北電力大學(xué)科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計 論文 53 保護全面積的校驗 條件為 13 3 8aDhp 其中 為通過三支避雷針?biāo)纬傻娜切雾旤c圓的直徑 D ma25 1363 1422 所以滿足條件 綜上所述 該布置方案可以保護本站 14 接地網(wǎng)設(shè)計計算 本次設(shè)計采用先在底下深為 h 的水平面上敷設(shè)方格形狀的水平接地體 如下圖 14 1 所示 俯視圖 圖 14 1 調(diào)整水平接地體的間距可以改變水平接地體電阻的阻值 然后再在兩水平接地體的相 交處敷設(shè)垂直接地體 如下圖 14 2 所示 俯視圖 華北電力大學(xué)科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計 論文 54 圖 14 2 設(shè)水平接地體的間距為 9m 則應(yīng)敷設(shè)水平接地體 根 為取整符號 由于 103 89101 所以接地網(wǎng)比變電站小一點 水平接地體埋設(shè)深度 9 取 采用寬度為 40mm 厚度為 4mm 的扁鋼 垂直接地體采用0 8hm 的角鋼 長度為 2 5m 已知土質(zhì)為黏土 4 20m 垂直接地體的電阻值 0 84 04 36db 2 5lnln7 621R 取 得 7 7 6 90z 水平接地體的電阻值 19423Lm 0db 取 得 2 14A 2 296lnln 140 3 14 08RAh 總的接地電阻阻值為以上兩個電阻的并聯(lián) 0 90 28 54z 滿足要求 華北電力大學(xué)科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計 論文 55 結(jié)束語 經(jīng)過了三個月的學(xué)習(xí)和工作 我終于完成了變電所電氣一次系統(tǒng)的設(shè)計 從開始接 到論文題目到設(shè)計方案的確定 再到論文文章的完成 每走一步對于我來說都是新的嘗 試和挑戰(zhàn) 這也是我在大學(xué)期間獨立完成的最大項目 在這段時間里 我學(xué)到了很多知 識也有很多感受 通過這次設(shè)計我開始獨立的學(xué)習(xí)和探索 查看相關(guān)的資料和書籍 讓 自己從頭腦模糊到逐漸清晰 使自己的設(shè)計逐步完善起來 每一次改進都使我收益頗豐 從中我也了解到變電所設(shè)計的重要性 雖然我的設(shè)計不是很成熟 還有很多不足之處 但是我付出了自己的勞動 這是我 引以自豪的地方 我相信只有經(jīng)歷過的人才會明白其中的酸甜苦辣 這次做設(shè)計的經(jīng)歷也使我終身受益 我感受到做設(shè)計是要真正用心去做的一件事 是真正的自習(xí)學(xué)習(xí)的過程和研究的過程 沒有學(xué)習(xí)就不可能有研究的能力 對自己的研 究就不會有所突破 那也就不叫設(shè)計 希望這次經(jīng)歷能讓我在以后的工作學(xué)習(xí)中激勵我 繼續(xù)進步 參考文獻 1 熊信銀 發(fā)電廠電氣部分 中國電力出版社 2004 2 西安交通大學(xué) 短路電流實用計算 水利電力出版社 1979 華北電力大學(xué)科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計 論文 56 3 電力工業(yè)部西北電力設(shè)計院 電氣工程設(shè)計手冊電氣一次部分 上?？茖W(xué)技術(shù)出版社 1980 4 丁毓山 雷振山 中小型變電所實用設(shè)計手冊 中國水利水電出版社 2000 5 水利電力部西北電力設(shè)計院 電力工程設(shè)計手冊 上海人民出版社 1974 6 陳珩 電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析 第三版 中國電力出版社 2007 7 草繩敏 電力系統(tǒng)課程設(shè)計及畢業(yè)設(shè)計參考資料 水利電力出版社 1995 8 電力工業(yè)部西北電力設(shè)計院 電氣工程設(shè)計手冊電氣一次部分 上海科學(xué)技術(shù)出版社 1980 9 王輯祥 梁志堅 電氣接線原理及運行 中國電力出版社 2005 10 李梅蘭 李麗嬌 發(fā)電廠變電所畢業(yè)設(shè)計指導(dǎo)書 中國電力出版社 2008 11 何仰贊 電力系統(tǒng)分析 華中科技大學(xué)出版社 2002 12 李光琦 電力系統(tǒng)暫態(tài)分析 第三版 中國電力出版社 2007 13 丁毓山 10 220kV 變電所設(shè)計 遼寧科學(xué)技術(shù)出版社 1993 14 西北電力設(shè)計院 發(fā)電廠變電所電氣接線和布置 水利電力出版社 1979 15 黃純?nèi)A 發(fā)電廠電氣部分課程設(shè)計參考資料 中國電力出版社 1998 16 劉振亞 國家電網(wǎng)公司輸變電工程典型設(shè)計 220kV 變電站分冊 中國電力出版社 2005 致謝 本論文是在胡永強老師的悉心指導(dǎo)下完成的 在此我首先對胡老師表示最誠摯的謝 意 在整個畢業(yè)設(shè)計的過程中 特別感謝胡永強老師給與的指導(dǎo)與幫助 從畢業(yè)題目的 選取到最后論文的完成 曾多次與老師討論交流 胡老師多次詢問設(shè)計進程 并為我指 點迷津 幫助我開拓設(shè)計思路 精心點撥 熱忱鼓勵 許多問題在老師的教導(dǎo)下都迎刃 而解 更重要的是在交流中學(xué)到了思考問題的角度和解決問題的方法 大學(xué)生活即將結(jié)束 在此深深地感謝父母對我學(xué)業(yè)的支持 以及那些關(guān)心我 幫助 過我的人們 這篇論文凝聚了我整個大學(xué)知識的精華 在我精心準(zhǔn)備 努力奮斗下完成 的 以此作為我的畢業(yè)獻禮 在論文收集資料和撰寫過程中 我也得到了同學(xué)的熱心幫助和指導(dǎo) 在此向他們表 示衷心的感謝 本文參考了許多專家 學(xué)者的研究成果和大量報刊 雜志的相關(guān)資料 在此一并表 示感謝 華北電力大學(xué)科技學(xué)院 畢 業(yè) 設(shè) 計（論 文）開 題 報 告 學(xué)生姓名： 李輝 班級： 電氣07K6 所在系別： 電力工程系 所在專業(yè)： 電氣工程及其自動化 設(shè)計（論文）題目：220kV變電站電氣一次初步設(shè)計 指導(dǎo)教師： 胡永強 2011年 3月 4日 畢 業(yè) 設(shè) 計（論 文）開 題 報 告 一、結(jié)合畢業(yè)設(shè)計（論文）課題情況，根據(jù)所查閱的文獻資料，每人撰寫不低于2000字的文獻綜述。（另附） 二、本課題要研究或解決的問題和擬采用的研究手段（途徑）： 220kV降壓變電所電氣一次系統(tǒng)設(shè)計的主要內(nèi)容有：變電所主接線方案的確定，主變壓器的選擇，短路電流計算，電氣設(shè)備的選擇，防雷與接地系統(tǒng)設(shè)計，屋內(nèi)外配電裝置和總平面布置等。完成電氣主接線圖，電氣總平面布置圖，防雷接地圖，配電裝置斷面圖等設(shè)計圖。 研究方法是：根據(jù)設(shè)計任務(wù)書的原始資料數(shù)據(jù)，以相關(guān)技術(shù)規(guī)范為標(biāo)準(zhǔn)，參考《發(fā)電廠電氣部分》、《電力工程設(shè)計手冊》等相關(guān)書籍，綜合運用電力工程基礎(chǔ)、供用電技術(shù)等專業(yè)課程相關(guān)知識，對變電站電氣一次系統(tǒng)進行初步設(shè)計。 （1）主接線的選擇根據(jù)設(shè)備特點、進出線回路數(shù)、負(fù)荷性質(zhì)等條件確定，并同時滿足運行可靠、靈活、節(jié)約投資等要求。 （2）主變壓器要根據(jù)負(fù)荷的要求選擇其臺數(shù)、容量、型號、冷卻方式等。 （3）短路電流的計算依據(jù)電氣主接線圖，制定短路計算等值網(wǎng)絡(luò)圖，擬訂必要的短路計算點，用實用計算法計算出選擇電氣設(shè)備所需的各組短路電流。 （4）主要電氣設(shè)備按正常工作條件進行選擇，并按短路狀態(tài)來校驗熱穩(wěn)定和動穩(wěn)定，包括各電壓等級的母線、絕緣子、斷路器、隔離開關(guān)、電壓及電流互感器等。 對“文 三、指導(dǎo)教師意見： 1． 對“文獻綜述”的評語： 2．對學(xué)生前期工作情況的評價（包括確定的研究方法、手段是否合理等方面）： 指導(dǎo)教師： 年 月 日 220kV變電站電氣一次初步設(shè)計文獻綜述 一、變電站建設(shè)發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢概述 現(xiàn)代電力系統(tǒng)是一個巨大的嚴(yán)密的整體，各類發(fā)電廠變電站分工完成整個電力系統(tǒng)的發(fā)電，變電和配電的任務(wù)。變電站是電力系統(tǒng)中變換電壓，接受和分配電能，控制電力的流向和調(diào)整電壓的電力設(shè)施，他通過其變壓器將各級電壓的電網(wǎng)聯(lián)系起來。我國電力系統(tǒng)的變電站大致分為四大類：系統(tǒng)樞紐變電站，地區(qū)一次變電站，地區(qū)二次變電站，終端變電站。 由于現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，電力網(wǎng)容量的增大，電壓等級的提高，綜合自動化水平的需求，使變電站設(shè)計問題越來越復(fù)雜，除了常規(guī)變電站之外，又出現(xiàn)了微機變電所，綜合自動化變電所，小型化變電所和無人值班變電所。目前發(fā)達國家已經(jīng)形成了完善的變電設(shè)計理論，通過改善優(yōu)化變電站結(jié)構(gòu)，降低功率損耗，提高變電站的可靠性、靈活性、經(jīng)濟性，真正的做到了向節(jié)約型，集約型，高效型發(fā)展。當(dāng)前，隨著我國城鄉(xiāng)電網(wǎng)建設(shè)與改造工作的開展，對變電站設(shè)計也提出了更高、更新的要求。[1] 同西方發(fā)達國家相比，由于我國變電站自動化系統(tǒng)應(yīng)用起步較晚，變電站運行管理的理念也有很大差異，使我們的變電站無人值守運行水平與之相比還有很大的差距。在我國，許多220 kV及以下電壓等級變電站已經(jīng)開始由監(jiān)控中心進行監(jiān)控，基本上實現(xiàn)了變電站無人值守。但作為國內(nèi)電網(wǎng)中最高電壓等級的500 kV和330 kV變電站，即使采用了變電站自動化系統(tǒng)，也都實行有人值守的管理方式。而在歐美發(fā)達國家，各個電壓等級變電站都能實現(xiàn)無人值守。由此可見，在國內(nèi)外無人值守變電站之間、國內(nèi)外變電站自動化系統(tǒng)之間都還有很大的差距。 我國經(jīng)濟的發(fā)展帶來了電力能源的需求持續(xù)增長，城市和農(nóng)村用電需求越來越來高，需要更多的深入市區(qū)和農(nóng)村的變電站，以減少線路的功率損耗，提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性等。然而這些變電站占地面積大，同時城區(qū)地價昂貴，環(huán)境要求嚴(yán)格，在農(nóng)村，農(nóng)田的保護非常嚴(yán)格。我國常規(guī)城網(wǎng)變電所主要問題使設(shè)備陳舊，占地面積大，目前已向小型化發(fā)展開始采用全封閉組合電器，即GIS成套設(shè)備。 全封閉SF6組合電器（GIS）設(shè)備因其小型化、無油化、安全性好、采用大塊式地基沉降小、可靠性高的特點得到了大力推廣使用；通過技術(shù)經(jīng)濟比較，綜合造價與戶外敞開式配電裝置相當(dāng)，具有良好的社會效益和經(jīng)濟效益。[2] 在建配電室和柱上變壓器等供電方式已經(jīng)不能滿足人們的需求時，箱式變供電應(yīng)運而生。箱式變電所, 是由成套變電所發(fā)展而來,這類變電所無需土建房屋, 只是把高低壓開關(guān)柜集中在一個箱式外殼內(nèi)，也被稱為戶外成套變電所。[3] 隨著技術(shù)進步，微型計算機技術(shù)在電力系統(tǒng)中得到了越來越廣泛的應(yīng)用，它集變電站中的控制、保護、測量、中央信號、故障錄波等功能于一身，替代了原常規(guī)的突出式和插件式電磁保護、晶體管保護、集成電路保護。變電站綜合自動化和無人值守成為當(dāng)今電網(wǎng)調(diào)度自動化領(lǐng)域中熱門的話題，在城、農(nóng)網(wǎng)建設(shè)改造中正被廣泛采用。[4] 變電站綜合自動化技術(shù)，是指采用微機保護和微機遠(yuǎn)動技術(shù)，分別采集變電站的模擬量、脈沖量、開關(guān)狀態(tài)量及一些非電量信號，經(jīng)過功能的重新組合，按照預(yù)定的程序和要求實現(xiàn)變電站監(jiān)視、測量、協(xié)調(diào)和控制自動化的集合體和全過程，從而實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享和資源共享，提高變電站自動化的整體效益。[5] 變電所綜合自動化在功能上歸納分類應(yīng)包括:微機遠(yuǎn)動部分;微機保護部分;故障錄波及故障處理部分;高壓設(shè)備絕緣在線監(jiān)測部分。在設(shè)備結(jié)構(gòu)上,主要有集中式、分布式、部分功能集中部分功能分布式三種不同組成方式。[6] 隨著電力系統(tǒng)自動化技術(shù)的發(fā)展，無人值守變電站也逐漸普及。20 世紀(jì)80 年代以來,根據(jù)“小容量、密布點、短半徑”的建設(shè)原則和“戶外式、小型化、造價低、安全可靠、技術(shù)先進”的發(fā)展方向,全國建成農(nóng)村小型化變電所上千座,運行情況良好。[7]農(nóng)村無人值班變電所的模式,以小型化模式為基礎(chǔ),簡化主接線,采用檢修周期長、可靠性高的新型設(shè)備,裝設(shè)以微機為核心的繼電保護裝置、智能化遠(yuǎn)動裝置RTU 和其它自動化設(shè)備,實現(xiàn)變電所綜合自動化。[8] 日前我國電力系統(tǒng)己經(jīng)實現(xiàn)了“網(wǎng)廠分開”，并將繼續(xù)開放電力市場，引入競爭機制，逐步實施“競價上網(wǎng)”，需要減人增效，提高電網(wǎng)運行的經(jīng)濟效益;因此變電站實施無人值班，減少建筑和占地面積已成為必然趨勢。[9] 隨著變電站綜合自動化系統(tǒng)、基于微機數(shù)字信息的二次設(shè)備的不斷推廣和普及，現(xiàn)有變電站已經(jīng)具備了一定的數(shù)字式和自動化特征。而隨著數(shù)字化技術(shù)不斷發(fā)展, 數(shù)字化變電站將是繼綜合自動化技術(shù)后電力系統(tǒng)變電站建設(shè)的又一次革新。 “數(shù)字化變電站”的概念，可以理解為在現(xiàn)有變電站技術(shù)的基礎(chǔ)上，結(jié)合電子式互感器、光纖網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、站內(nèi)設(shè)備互操作技術(shù)的發(fā)展，向數(shù)字化、自動化、智能化和網(wǎng)絡(luò)化方向的進一步延伸。[10]其基本特征可概括為一、二次設(shè)備的數(shù)字化和智能化、通信網(wǎng)絡(luò)化、模型和通信協(xié)議統(tǒng)一化、運行管理的自動化等。[11] 數(shù)字化變電站自動化系統(tǒng)的研究目前尚處于起步階段，還有一些技術(shù)問題需要解決，但可以預(yù)計，在現(xiàn)有技術(shù)水平不斷發(fā)展和運行經(jīng)驗不斷總結(jié)的基礎(chǔ)上，隨著技術(shù)進步和電網(wǎng)運行的要求，尤其是智能電器技術(shù)和電子式互感器技術(shù)的突飛猛進，數(shù)字化變電站將以其在數(shù)字化、自動化、智能化、安全性和互操作性等方面的優(yōu)勢，成為未來變電站技術(shù)發(fā)展的必然趨勢。 二、220KV變電站一次系統(tǒng)設(shè)計的主要工作概述 1）電氣主接線的設(shè)計。[12] 電氣主接線是變電站設(shè)計的首要部分，主接線的擬定直接關(guān)系著變電站電氣設(shè)備的選擇，配電裝置的布置，繼電保護和自動裝置的確定，是變電站電氣部分投資大小的決定性因素。 主接線必須滿足可靠性、靈活性和經(jīng)濟性三項基本要求?？煽啃灾改軌蜷L期、連續(xù)、正常地向用戶供電的能力。靈活性是指滿足調(diào)度時、檢修時以及擴建時的要求，使工程改擴建時的工程量較小。經(jīng)濟性涉及到一次投資、運行費用和占地面積等。 主接線的設(shè)計步驟包括對原始資料的分析，根據(jù)對電源和進出線回路數(shù)、電壓等級、變壓器臺數(shù)、傳輸容量、負(fù)荷性質(zhì)等不同考慮擬定出可行的方案若干，依據(jù)對主接線的基本要求，通過技術(shù)上論證各方案優(yōu)劣，經(jīng)過初步的技術(shù)和經(jīng)濟比較，確定2-3個較好方案，進行全面的技術(shù)、經(jīng)濟比較，以確定技術(shù)上合理、經(jīng)濟上可行最優(yōu)主接線方案。 2）短路電流的計算。[13] 短路電流計算是變電所設(shè)計中的一個重要環(huán)節(jié)，用以進行電氣主接線比選、導(dǎo)體和電器的選擇和校驗、確定中性點接地方式、確定分裂導(dǎo)線間隔棒的距離、驗算接地裝置的接觸電壓和跨步電壓、選擇繼電保護裝置和進行整定計算等。 短路電流的計算步驟可歸納為：選擇短路計算點；繪制等值網(wǎng)絡(luò)圖；化簡等值網(wǎng)絡(luò)圖；求計算電抗；有運算曲線法得出各電源供給的短路電流周期分量標(biāo)幺值；及無限大電源供給的短路電流周期分量；計算短路電流周期分量有名值和短路容量、短路電流沖擊值等。 3）主要電氣設(shè)備的選擇[14] 電氣設(shè)備選擇是設(shè)計的主要內(nèi)容之一。各種電氣設(shè)備的作用和工作條件不盡相同，具體的選擇方法也不完全一樣，但對他們的基本要求是一致的。電氣設(shè)備要能可靠的工作，必須按正常工作條件進行選擇，并按短路狀態(tài)來校驗熱穩(wěn)定和動穩(wěn)定。 需選擇的電氣設(shè)備包括主變壓器、各電壓等級的母線、絕緣子、斷路器、隔離開關(guān)、電壓及電流互感器等。 主變壓器的容量、臺數(shù)直接影響主接線的形式和配電裝置的結(jié)構(gòu)。變電站主變壓器的容量依據(jù)負(fù)荷性質(zhì)，按一臺停運時其余容量在計及過負(fù)荷能力時，應(yīng)能滿足全部負(fù)荷70%-80%。主變壓器的臺數(shù)，對于樞紐變電站應(yīng)不少于2臺，以滿足可靠性要求。此外還需選擇變壓器的型式和結(jié)構(gòu)。 斷路器和隔離開關(guān)是變電站的重要開關(guān)電器。 斷路器選擇中涉及到:(1)種類和型式的選擇。高壓斷路器按絕緣介質(zhì)分少油、多油、空氣、真空、SF6等型式。(2)額定電壓和電流選擇。（3）開斷電流的選擇。它是表征斷路器完成最基本開斷電流功能的重要參數(shù)。不僅要求斷路器可靠的滅弧，而且要求斷路器不重燃，以限制操作過電壓倍數(shù)。（4）短路開合電流的選擇。它是表征高壓斷路器在一些特殊情況下開斷短路電流的特性參數(shù)。 隔離開關(guān)與斷路器配套使用，不能用來接通和斷開負(fù)荷電流和短路電流。主要用作隔離電壓、倒閘操作、分合小電流。其額定電壓、電流的選擇及短路動、熱穩(wěn)定的校驗與斷路器基本相同。 互感器是電力系統(tǒng)中測量儀表、繼電保護獲取電氣一次回路信息的傳感器。分電壓和電流互感器。其選擇依據(jù)有：（1）種類和型式。（2）一次額定電壓、電流（電壓互感器涉及到二次額定電壓）。（3）額定容量和準(zhǔn)確級。（4）動、熱穩(wěn)定校驗。 三、220kV變電站一次系統(tǒng)設(shè)計主要內(nèi)容 本次畢業(yè)設(shè)計的內(nèi)容為220kV降壓變電所電氣一次初步設(shè)計，屬于常規(guī)變電所的設(shè)計。根據(jù)變電所設(shè)計的基本原理，務(wù)求掌握常規(guī)變電所的電氣一次系統(tǒng)的原理及設(shè)計過程。 從電網(wǎng)供電流程來看，從大型發(fā)電廠生產(chǎn)的電能通過高壓變電站以及中心變電站輸送，然后再經(jīng)過電纜或架空線路向下一級的中間變電站或終端變電站最終提供給用戶。因此，變電站是電網(wǎng)系統(tǒng)中的主要供電節(jié)點。[15] 220kV降壓變電所電氣部分設(shè)計的研究主要內(nèi)容是結(jié)合相關(guān)的設(shè)計手冊，輔助資料，主要完成該變電站的一次部分設(shè)計，參考國內(nèi)外最新的設(shè)計方法、研究成果和新的電氣設(shè)備，對降壓變電所的電氣主接線方案，主變壓器的選擇，電氣設(shè)備的選擇（包括斷路器，隔離開關(guān)，熔斷器等），配電裝置的選擇以及防雷保護的設(shè)計。主變壓器、各側(cè)電壓等級的電氣主接線和相關(guān)一次、二次設(shè)備、避雷裝置、繼電保護裝置進行選擇。同時，完成變電站一次部分總接線圖、220kV變電所平面布置初步設(shè)計圖和詳細(xì)設(shè)計圖。 本次變電站的設(shè)計要做到概念清晰，層次分明，結(jié)合自己選擇的參考資料，并參考變電站一次設(shè)計的規(guī)范，經(jīng)過查閱資料，了解其基本過程，整理相關(guān)的思路，在老師的指導(dǎo)下，細(xì)致縝密的完成整個設(shè)計過程，具體的設(shè)計規(guī)范步驟如下： 1、根據(jù)原始資料選擇5～7種合理的電氣主接線； 2、進行初步技術(shù)、經(jīng)濟比較，選擇2種較好的電氣主接線； 3、選擇主變壓器的容量和型號； 4、計算兩種主接線的短路電流； 5、根據(jù)短路電流計算結(jié)果選擇電氣設(shè)備； 6、通過技術(shù)經(jīng)濟比較確定最佳方案； 7、防雷系統(tǒng)設(shè)計； 8、屋內(nèi)外配電裝置設(shè)計和總平面布置 9、繪制圖紙：電氣主接線、電氣總平面布置、防雷與接地各一張，配電裝 置斷面圖3～4張。 參考文獻： [1]LIU Huiyuan1,HAO Houtang2,LI Yanxin2,SUN Bin2.Research on a Synchronism Scheme for Digital Substations. Automation of Electric Power Systems, 2009年03期. [2]王誠良. 全封閉SF6 組合電器的應(yīng)用. 《寧夏電力》2009年第3 期,(24-25). [3]YU Jun1, XIONG Xiao-fu1,ZHANG Yuan2.Research and Simulation on New Reliability Measures for Digital Substation Protection System. Power System Technology. 2009年04期 [4]盤淦文. 淺談無人值守變電站設(shè)計. 科技天地,(153). [5]徐小亞.變電站綜合自動化系統(tǒng)的應(yīng)用與展望.貴州電力技術(shù)，2007,Vol.9 (54). [6] LI Qiang,LI Yanxin. Design of System Protecting Devices Based on Digital Substations.Automation of Electric Power Systems，2009年18期. [7]顧麗靜,程立波,王志君. 農(nóng)村無人值班變電所的現(xiàn)狀與展望. 黑龍江水專學(xué)報,第32卷,第2期,(65-68). [8]張秀芹. 農(nóng)網(wǎng)無人值班變電站設(shè)計的幾點看法. 江西電力職工大學(xué)學(xué)報. 2002.12 Vol.15,No.4 (19-20). [9]艾抗,曹增功. 無人值班變電站設(shè)計要求及應(yīng)用. 山東電力技術(shù),2005,Vol 5,(11-15). [10]夏勇軍,蘇吳,胡剛,董永德.數(shù)字化變電站研究現(xiàn)狀與應(yīng)用展望. 湖北電力,2007.2,Vol31,No3,(9-12). [11]湯漢松,孫志杰,徐大可.數(shù)字化變電站的現(xiàn)狀與未來. 江蘇電機工程，2007.8,Vol26,(5-7). [12]才國平. 高壓電氣設(shè)備選擇.《電氣開關(guān)》,2002,No.5,(40-42). [13]張東虞. 電力系統(tǒng)運行中的短路故障與短路電流計算. 電子科學(xué),(13). [14]熊信銀. 發(fā)電廠電氣部分. 中國電力出版社,2004. [15]唐岳柏 . 淺議220kV變電站電氣主接線的選擇. 科技創(chuàng)新導(dǎo)報，2010年07期.