220kV降压变电站电气一次部分设计(一)

 前言
 本设计为广东工业大学2005级电气工程及自动化专业的电力系统课程设计，设计题目为：220kV降压变电站电气一次部分设计。
 此设计任务旨在体现我们对专业课程知识的掌握程度，培养我们对本专业课程知识的综合运用能力。

1、设计任务：
 根据电力系统规划，需新建一座220kV终端变电站。该站建成后与A、B、C三个220kV电网系统相连，并供给110、10kV近区用户供电。

2、原始资料
2.1．按照规划要求，该所有220kV、110kV和10kV三个电压等级。本期投产2台变压器，预留1台变压器的扩建间隔，220kV出线7回（其中备用2回），110kV出线10回（其中备用2回），10kV出线14回（其中备用2回）。
2.2．根据规划，本所与系统的连接方式为：220kV侧与A及C系统各通过2回架空线路相连，与B系统通过1回架空线路相连，A与B及B与C之间各有1回架空线路联络。
2.3．系统阻抗：220kV侧电源A、B、C三个系统容量分别为SA=2000MVA，SB=1500MVA，SC=4000MVA，系统阻抗标幺值分别为XA* =0.3，XB* =0.4，XC* =0.2(各电抗均以各电源容量为基值计算的标幺值)，110及10kV侧没有电源。
2.4．110kV侧负荷主要为工厂和地区变电站，最大负荷约231MW，功率因数cosφ=0.9-0.8，负荷同时率为0.8，其中I、II级负荷占85%；10kV侧总负荷为12.4MW，功率因数cosφ=0.9-0.8，负荷同时率为0.7，Ⅰ、Ⅱ级负荷占70%，最大一回出线负荷为2500kW；所用负荷为400kVA，Ⅰ、Ⅱ级负荷占50%。
2.5．220kV和110kV侧出线主保护动作时间为0.2s，后备保护时间为2s；变压器主保护动作时间为0.2s，后备保护时间为1s；220kV和110kV侧断路器燃弧时间按0.05s考虑。
2.6．本站拟建地区位于山坡上，南面靠丘陵，东西北地势平坦、地质构造稳定、土壤电阻率为1.5×102欧·米。
2.7．本站拟建地区最高月平均温度为23°C，年平均气温10.7°C，绝对最高气温为40°  C，风向以东北风为主。

3．设计内容及要求：
3.1．主接线设计：分析原始资料，根据任务书的要求拟出各级电压母线接线方式，选择变压器型式及连接方式，通过技术经济比较选择主接线最优方案。
3.2．短路电流计算：根据所确定的主接线方案，选择适当的计算短路点计算短路电流并列表表示出短路电流计算结果。
3.3．主要电气设备选择：
3.3.1．选择220kV主变、线路侧、110kV主变、最大一回负荷出线侧的断路器及隔离刀闸。
3.3.2．选择220kV、110kV主母线及主变低压侧10kV母线桥导体。
3.3.3．选择220kV、110kV、10kV主母线的支持绝缘子及穿墙套管。
3.3.4．选择限流电抗器（如有必要装设）及10kV最大一回负荷出线电缆。
3.4．电气配电装置设计：
3.4.1．220kV、110kV侧配电装置选择。
3.4.2．10kV侧配电装置选择。
3.5．防雷及接地装置设计。
3.6．进行继电保护的规划设计。

4．设计成果
4.1.编制设计说明书。
4.2.编制设计计算书。
4.3.绘图若干张。
4.3.1．绘制变电站电气主接线图。
4.3.2．绘制变电站平面布置图。
4.3.3．绘制220kV高压配电装置断面图。
4.3.4．绘制或110kV高压配电装置断面图。

电气主接线选择
1.1.  概述
 主接线是变电站电气设计的首要部分，它是由高压电器设备通过连接线组成的接受和分配电能的电路，也是构成电力系统的重要环节。主接线的确定对电力系统整体及变电站本身运行的可靠性、灵活性和经济性密切相关，并且对电气设备选择、配电装置、继电保护和控制方式的拟定有较大影响。因此，必须正确处理好各方面的关系。
 我国《变电站设计技术规程》SDJ2-79规定：变电站的主接线应根据变电站在电力系统中的地位、回路数、设备特点及负荷性质等条件确定，并且满足运行可靠，简单灵活、操作方便和节约投资等要求，便于扩建。
 1.1.1.可靠性：安全可靠是电力生产的首要任务，保证供电可靠和电能质量是对主接线最基本要求，而且也是电力生产和分配的首要要求。
 主接线可靠性的具体要求：
 1）断路器检修时，不宜影响对系统的供电；
 2）断路器或母线故障以及母线检修时，尽量减少停运的回路数和停运时间，并要求保证对一级负荷全部和大部分二级负荷的供电；
 3）尽量避免变电站全部停运的可靠性。
 1.1.2．灵活性：主接线应满足在调度、检修及扩建时的灵活性。
 1）为了调度的目的，可以灵活地操作，投入或切除某些变压器及线路，调配电源和负荷能够满足系统在事故运行方式，检修方式以及特殊运行方式下的调度要求；
 2）为了检修的目的：可以方便地停运断路器，母线及继电保护设备，进行安全检修，而不致影响电力网的运行或停止对用户的供电；
 3）为了扩建的目的：可以容易地从初期过渡到其最终接线，使在扩建过渡时，无论在一次和二次设备装置等所需的改造为最小。
 1.1.3．经济性：主接线在满足可靠性、灵活性要求的前提下做到经济合理。
 1）投资省：主接线应简单清晰，以节约一次设备的投资；要能使控制保护不过复杂，以利于运行并节约二次设备的投资；要能限制短路电流，以便选择价格合理的电气设备或轻型电器；
 2）占地面积小：主接线要为配电装置布置创造条件，以节约用地和节省构架、导线、绝缘子及安装费用。在不受运输条件许可，都采用三相变压器，以简化布置。
 3）电能损失少：经济合理地选择主变压器的型式、容量和数量，避免两次变压而增加电能损失。
1.2．  主接线的接线方式选择
 电气主接线是根据电力系统和变电站具体条件确定的，它以电源和出线为主体，在进出线路多时（一般超过四回）为便于电能的汇集和分配，常设置母线作为中间环节，使接线简单清晰、运行方便，有利于安装和扩建。而本所各电压等级进出线均超过四回，并且考虑到220kV侧会有功率穿越，所以采用有母线连接。根据规划，可以发现本站将是地区性枢纽变电站，担负起保障整个地区负荷供给的重要任务，因此主接线考虑下列几种选择：
 1、一个半断路器（3/2）接线
 两个元件引线用三台断路器接往两组母上组成一个半断路器，它具有较高的供电可靠性和运行灵活性，任一母线故障或检修均不致停电，但是它使用的设备较多，占地面积较大，增加了二次控制回路的接线和继电保护的复杂性，且投资大。
 2、双母接线
 它具有供电可靠、调度灵活、扩建方便等优点，而且，检修另一母线时，不会停止对用户连续供电。如果需要检修某线路的断路器时，不装设“跨条”，则该回路在检修期需要停电。对于，110K～220KV输送功率较多，送电距离较远，其断路器或母线检修时，需要停电，而断路器检修时间较长，停电影响较大，一般规程规定，110～220kV双母线接线的配电装置中，当出线回路数达7回，（110kV）或5回（220kV）时，一般应装设专用旁路母线。
 3、双母线分段接线
 双母线分段，可以分段运行，系统构成方式的自由度大，两个元件可完全分别接到不同的母线上，对大容量且在需相互联系的系统是有利的，由于这种母线接线方式是常用传统技术的一种延伸，因此在继电保护方式和操作运行方面都不会发生问题。而较容易实现分阶段的扩建等优点，但是易受到母线故障的影响，断路器检修时要停运线路，占地面积较大，一般当连接的进出线回路数在11回及以下时，母线不分段。
 为了保证双母线的配电装置，在进出线断路器检修时（包括其保护装置和检修及调试），不中断对用户的供电，可增设旁路母线，或旁路断路器。
 当110KV出线为7回及以上，220KV出线在4回以下时，可用母联断路器兼旁路断路器用，这样节省了断路器及配电装置间隔。

第2章  主变压器容量、台数及形式的选择
2.1．概述
 在各级电压等级的变电站中，变压器是变电站中的主要电气设备之一，其担任着向用户输送功率，或者两种电压等级之间交换功率的重要任务，同时兼顾电力系统负荷增长情况，并根据电力系统5～10年发展规划综合分析，合理选择，否则，将造成经济技术上的不合理。如果主变压器容量造的过大，台数过多，不仅增加投资，扩大占地面积，而且会增加损耗，给运行和检修带来不便，设备亦未能充分发挥效益；若容量选得过小，可能使变压器长期在过负荷中运行，影响主变压器的寿命和电力系统的稳定性。因此，确定合理的变压器的容量是变电站安全可靠供电和网络经济运行的保证。
 在生产上电力变压器制成有单相、三相、双绕组、三绕组、自耦以及分裂变压器等，在选择主变压器时，要根据原始资料和设计变电站的自身特点，在满足可靠性的前提下，要考虑到经济性来选择主变压器。
 选择主变压器的容量，同时要考虑到该变电站以后的扩建情况来选择主变压器的台数及容量。

2.2．主变压器台数的选择
 由原始资料可知，本期变电站上2台主变，本设计变压器选择台数为2台。
 
2.3．主变压器容量的选择
 主变容量一般按变电站建成近期负荷，5～10年规划负荷选择，并适当考虑远期10～20年的负荷发展，对于城郊变电站主变压器容量应当与城市规划相结合，该所近期和远期负荷都给定，所以应按近期和远期总负荷来选择主变的容量，根据变电站带负荷的性质和电网结构来确定主变压器的容量，对于有重要负荷的变电站，应考虑当一台变压器停运时，其余变压器容量在过负荷能力后允许时间内，应保证用户的一级和二级负荷，对一般性能的变电站，当一台主变压器停运时，其余变压器容量应保证全部负荷的70%～80%。该变电站是按70%全部负荷来选择。因此，装设两台变压器变电站的总装容量为：∑se = 2（0.7PM） = 1.4PM。
 当一台变压器停运时，可保证对60%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，而高压侧220KV母线的负荷不需要通过主变倒送，因为，该变电站的电源引进线是220KV侧引进。其中，中压侧及低压侧全部负荷需经主变压器传输至各母线上。因此主变压器的容量为：Se = 0.7（SⅡ+SⅢ）。

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