成人教育毕业设计(论文)

论文题目：220kV终端变电站电气一次系统设计

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目 录

摘要……………………………………………………………………………………………Ⅰ

1前言……………………………………………………………………………………………1

1.1 设计目的意义………………………………………………………………………………1

1.2 设计原始资料分析…………………………………………………………………………1

2 变电站主接线设计……………………………………………………………………………1

2.1主接线的方案初步设计……………………………………………………………………1

2.2方案的经济比较……………………………………………………………………………4

2.3最优电气主接线图绘制……………………………………………………………………4

2.4主变压器和厂用变压器的选择……………………………………………………………4

3短路电流计算 …………………………………………………………………………………9

3.1 各元件参数计算……………………………………………………………………………9

3.2 各点短路电流的计算………………………………………………………………………9

4电器设备及导体的选择………………………………………………………………………11

4.1 电器设备选择的一般要求…………………………………………………………………12

4.2 最大长期工作电流的计算…………………………………………………………………12

4.3 支柱绝缘子的选择…………………………………………………………………………13

4.4 熔断器的选择………………………………………………………………………………14

5 配电装置设计………………………………………………………………………………15

5.1 配电装置类型及特点…………………………………………………………………… 15

5.2 配电装置的基本要求…………………………………………………………………… 15

5.3 配电装置的设计………………………………………………………………………… 15

6防雷保护设计…………………………………………………………………………………16

6.1 变电站防雷概述……………………………………………………………………………16

6.2 避雷器的选择………………………………………………………………………………16

6.3 避雷针的设计………………………………………………………………………………16

6.4 接地设计……………………………………………………………………………………16

结论 ……………………………………………………………………………………………17

参考文献 ………………………………………………………………………………………18

致谢 ……………………………………………………………………………………………19

摘 要

电力是发展生产和提高人类生活水平的重要物质基础，电力的应用在不断深化和发展，电气自动电气工程应用化是国民 经济和人民生活现代化的重要标志。就目前国际水平而言，在今后相当长的时期内，电力的需求将不断增长，社会对电气工程及其自动化科技工作者的需求量呈上升态势。变电站，改变电压的场所。为了把发电厂发出来的电能输送到较远的地方，必须把电压升高，变为高压电，到用户附近再按需要把电压降低，这种升降电压的工作靠变电站来完成。变电站的主要设备是开关和变压器。按规模大小不同，小的称为变电所。220KV终端变电所工程电气一次初步设计，主要包括以下内容：在对各种电气主接线比较后确定本站的电气主接线，主变压器和厂用变压器的选择，再进行短路电流计算。

关键词： 主接线；短路计算；设备选择；防雷保护

1 前 言

1.1 设计目的意义

毕业设计是在完成全部专业课程的基础上的最后一个理论与实践相联系的一个重要教学环节；是全面运用所学基础理论、专业知识和基本技能，对实际问题进行设计的综合训练；是培养学生综合素质和实践能力的过程。对培养工作态度、作风和独立能力具有深远的影响。通过毕业设计，可以培养我们运用所学知识解决实际问题的能力和创新精神。

本次所设计的课题是某220KV变电所电气初步设计，该变电所是一个地区性终端变电电所，它主要担任110KV及35KV两电压等级功率输送，把接受功率全部送往110KV侧和35KV侧线路。

1.2 设计原始资料分析

本次的设计任务是：设计一座220／110/35KV终端变电站的电气主接线和配电装置，防雷保护和接地装置、继电保护的配置规划。设计的重点是对变电站电主接线的拟定以及配电装置的布置。

设计的内容包括`：

电气主接线方案的设计；短路电流计算；导体、电气设备选择及校验；设计配电装置；设计防雷保护和接地装置

2 电气一次主接线设计

2.1主接线的方案初步设计

2.1.1原始资料分析

已知待设计变电站：系统容量Sxt=3500MVA；系统电抗Xxt=0.6 ；与系统连接的线路长度35km ；COS =0.85；110KV出线4条；总负荷65WM；最大设备利用小时Tmax=6000h。35KV侧出线有6条，总负荷为30 WM，同时35KV侧作为厂用电源接两台厂用变，互为暗备用，变电站不受场地限制，按标准状态设计。通过对原始资的分析，查阅相关设计手册，依据设计任务书提供的技术参数，进行主接线方案的初步比较。

2.1.2主接线方案的初步比较。

表2-1 220kV侧主接线选择

表2-2 110KV 侧主接线选择

表2-3 35KV 侧主接线选择

本设计是设计终端变电站可以确定该变电所主接线采用以下两种方案：

方案一

220kV采用单母分段接线方式。 110kV母线上近期负荷为4回出线， 35kV采用单母分段接线方式。

110kV采用外桥接线方式，当变压器发生故障或运行需要切除时，只需要断开本回路的断路器，变压器按经济运行需要经常切换且有穿越功率经过的变电所。

35kV采用单母接线形式，轮流检修母线时，会停止对用户的供电，工作母线发生故障时，能利用备用母线使无故障电路迅速恢复正常工作。

10kV出线比较多，所以也采用单母分段形式。单母线分段，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相同的母线上，对大容量且在需相互联系的系统是有利的，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，占地面积大，一般当连接的进出线回路数在11回及以上时，一般采用分段接线形式。

图2-1 方案一

方案二

110kV采用内桥接线方式，当变压器发生故障或运行需要切除时，只需要断开本回路的断路器，内桥接线使用与于线路较短，变压器按经济运行需要经常切换且有穿越功率经过的变电所。

110kV采用外桥接线方式，当变压器发生故障或运行需要切除时，只需要断

开本回路的断路器，外桥接线使用与于线路较短，变压器按经济运行需要经常切换且有穿越功率经过的变电所。

35kV采用双母接线形式，供电可靠，轮流检修母线时，不会停止对用户的供电，工作母线发生故障时，能利用备用母线使无故障电路迅速恢复正常工作。35kV侧采用单母线分段的接线形式，用断路器把母线分段后，对重要用户可以从不同段引出两个回路；有两个电源供电。

图2-2 方案二

2.2 方案的经济比较：

可靠性：两种接线形式110kV和35kV侧接线方式是一样的，区别就在10kV侧上，第一种方案采用双母线分段接线形式，可靠性比较高。灵活性：两种方案扩建都比较的方便，且操作比较的简便。

经济性：第二种方案经济性要好点，因为只有一条母线，节省了投资，还少了隔离开关，间隔的布置和继电保护的配置都简单。

综上所述变电站的主接线图在220kV侧、110kV侧、35kV侧都采用单母分段的方案。

2.3 最优电气主接线图绘制

图2-3 电气主接线图

2.4 主变压器和厂用变压器的选择

2.4.1 主变台数

为了保证供电可靠性，避免一台主变压器故障或检修时影响供电，变电所中一般装设两台主变压器。当装设三台及三台以上时，变电所的可靠性虽然有所提高，但接线网络较复杂，且投资增大，同时增大了占用面积，和配电设备及用电保护的复杂性，以及带来维护和倒闸操作等许多复杂化。故选择两台主变压器互为备用，提高供电的可靠性。

2.4.2 容量

根据设计任务书所给的出线负荷和所选的接线方式，选择容量及型号相同的2台主变，容量按如下公式确定：

主变容量SN≧来确定

SN：所要选则的主变容量

Sjs：按0.8倍的经验公式计算容量

P1：110kV供出有功负荷

P2：35kV供出有功负荷

2.4.3 选择变压器

根据《电力工程电气设计手册》电气一次部份第1册第272页，因所给条件没有说明运输的特别限制，故选择三相电力变压器。

2.4.4 绕组数的确定

在电力系统中，三个及以上不同电压等级需要互相连接时，或具有三种电压的降压变电站，需要由高压向中压和低压供电，或高压和中压向低压供电时，应选用三绕组变压器，故选用三绕组变压器。

2.4.5 连接组别的确定

根据系统和或机组的同步并列要求及限制三次谐波对电源的影响因数，所以，该站主变连接组别选定为：YN，yn，d11

2.4.6 确定变压器具体型号

根据以上分析条件，查《电力工程电气设计手册》电气一次部份1上册P240

选择：SSPS-90000/220型变压器

站用变压器容量按下式确定：

=

3 短路电流计算

3.1 各元件参数计算

3.1.1 系统阻抗：

3.1.2 电源线路阻抗：

3.1.3 主变三侧阻抗：

由主变参数可知：，则

110kV出线阻抗：

35kV出线阻抗：

站用变电抗：

3.2 各点短路电流的计算：

3.2.1点短路：

转移电抗：

计算电抗：＜3

查《电力工程电气设计手册》电气一次部份1上册P135表 则有名值：

，

冲击电流：

短路容量：

全电流最大值：

3.2.2点短路：

转移电抗：

计算电抗：＞3

此时可将系统等效为无限大系统，短路电流不衰减

冲击电流：

短路容量：

全电流最大值：

4 电器设备的选择

4.1 电器设备选择的一般要求

断路器最主要的作用是正常时用来接通或断开电路中的负荷电流，故障时用来切断短路电流，起到控制和保护的作用。因此，断路器的开断能力是表明其性能的基本指标。

4.2 最大长期工作电流的计算

为了能按正常工作情况选择电气设备，首先必须进行各选择点最大长期工作电流的计算。　

因为在主接线中220kV采用单母线分段，所以进线通过电流Imax1按下公式计算，其中k=1.5，n为进线回路数2：

桥通过最大长期工作电流Imax2

主变220kV侧通过最大长期工作电流Imax3

主变110kV侧通过最大长期工作电流Imax4

主变35kV侧通过最大长期工作电流Imax5

110kV母线通过最大长期工作电流Imax6

35kV母线通过最大长期工作电流Imax7

110kV出线通过最大长期工作电流Imax8

35kV出线通过最大长期工作电流Imax9

35kV站用变引流线通过最大长期工作电流Imax10

站用变400V出线通过最大长期工作电流Imax11

4.3 支柱绝缘子的选择

高压电瓷主要包括：悬式绝缘子、支柱绝缘子二种。悬式绝缘子主要用于室外布置的软导线（架空母线），支柱绝缘子主要用于室内外布置的硬导体。

支柱绝缘子配置原则：屋内时，一般采用联合胶装的多棱式支柱绝缘子。屋外时，一般采用棒式支柱绝缘子。

选择悬式绝缘子主要考证的参数有：绝缘水平和泄漏比距，其最终的目的是选择合适的绝缘子类型及组合片数。3～35kV支柱绝缘子宜采用高一级的产品。

支柱绝缘子选择的具体技术条件如下：

按电压选择：

按动稳定校验：

Fed—绝缘子抗弯破坏负荷（牛）

Fmax—短路时作用在绝缘子上的最大力，当三相母线布置在同一平面时，中间相母线受的电动力最大：

其Fmax =1.73Lc ich2×10-7/a（牛）；（ a—母线相间距离（m）；Lc—计算跨度；

查《发电厂电气部份》P271页选ZPC-35户外针式支柱绝缘子，参数如下：

图4-1ZPC-35户外针式支柱绝缘子参数

按不同的使用分别进行校验

ZPC-35型屋外支柱绝缘子能满足主变压器35kV侧导体的使用要求。

ZC-10型户内外胶装支柱绝缘子能满足站用变400V出线的使用要求。

4.4 熔断器的选择：

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和短路电流的损害。为节约投资，接于变电站35kV 及以下电压等级母线上的电压互感器常采用高压熔断器进行保护，而不需另外装设断路器。

高压熔断器按额定电压、额定电流、开断电流、和选择性等项来选择和校验。

按电压选择：

按额定电流：

a、熔管额定电流应大于等于熔体的额定电流

b、熔体的额定电流满足回路最大工作电流

按开断电流进行校验：

对于没有限流作用的熔断器，选择时用冲击电流的有效值进行校验；对于有限流作用的熔断器，在电流达到最大值之前已截断，可不计非周期分量的影响，而采瞬时值进行校验。

选择性校验：为了保证前后两级间或熔断器与电源、负荷保护装置间动作的选择性，应进行其选择性校验。

本设计只选择35kV电压互感器用的高压熔断器，电压互感器程开路运行状态，额定电流选择0.5A即可，查《发电厂电气部份》P275，选择RW10－35型户外限流式熔断器。

5 配电装置设计

配电装置是发电厂和变电站的重要组成部分。它是根据主接线的连接方式，又开关电器、保护和测量电器、母线和必要的辅助设备组建而成，用来接受和分配电能的装置。

5.1 配电装置类型及特点

配电装置按电器装设地点不同，可分为屋内和屋外配电装置。按其组装方式，又可分为装配式和成套式。屋外配电装置，根据电器和母线布置的高度，又可分为中型、半高型和高型。

5.1.1 屋内式配电装置的特点：

屋内配电装置允许安全净距小，可分层布置，使占地面积小；维护、巡视和操作在室内进行，不受气候影响；外界污秽空气对电器影响较小，可减少维护工作量。

5.1.2 屋外式配电装置的特点：

土建工作量和费用较小，建设周期短；扩建比较方便；相邻设备间距较大，便于带电作业。

5.1.3 成套式配电装置的特点：

电器布置在封闭、半封闭的金属外壳中，相间和对地距离可以缩小，结构紧凑，占地面积小；所有电气元件已在工厂组装成一体，大大减少现场安装工作量，有利于缩短建设周期，也便于扩建和搬迁；运行可靠性高，维护方便。

5.2 配电装置的基本要求

5.2.1 配电装置的设计必须贯彻执行国家基本建设方针和技术经济政策，如节约土地等。

5.2.2 保证运行可靠。按照系统和自然条件，合理选 择设备，在布置上力求整齐、清晰，保证具有足够的安全距离；

5.2.3 便于检修、巡视和操作；

5.2.4 在保证安全的前提下，布置紧凑，力求节约材料和降低造价；

5.2.5 安装和扩建方便。

5.2.6 配电装置的最小安全距离

表5-1 220kV屋外配电装置的安全净距

5.3 配电装置的设计

所设计变电站有220kV、110kV、35kV三个电压等级。均采用屋外方式布置，各电压等级的布置如下：

220kV侧：中型配电装置，在运行、维护和检修方面的有许多优点：占地面积仅为中型的50％。本站220kV屋外配电装置优先采用中型布置。

110kV侧：半高型配电装置虽节约占地面积不如中型配电装置，但运行施工条件稍有改善，所用钢材耗用也比高型配电装置少，基于此采用室外中型布置。

35kV侧：35kV部份在运行中操作较为频繁，故障率高，维修机会增加，而因本站没有对地点进行限制，为了便于站内设备的操作、维修，采用户外普通中型布置。

6 防雷保护设计

6.1 变电站防雷概述

电气设备在运行过程中承受的过电压，有来自外部的雷电过电压和由于系统参数发生变化时电磁能产生振荡，积聚而引起的内部过电压两种。雷电过电压又可分为直击雷过电压，感应雷过电压和侵入雷电波过电压三种；内部过电压分工频过电压，谐振过电压和操作过电压。为保证电力设备和人身的安全，电气设备宜接地或接零。

发电厂、变电所的直击雷过电压保护，可采用避雷针、避雷线、避雷带和钢筋焊

6.2 避雷器的选择

为了防止雷电侵入波损坏电气设备，应从两方面采取保护措施：①在变电站各级电压母线上安装避雷器；②220kV、110kV架空线路上装设防雷线。

无间隙氧化锌避雷器是目前最先进的过电压保护设备。在正常运行电压时，氧化锌电阻阀片呈现极高的电阻，通过它的电流只有微安级。当系统出现危害电气设备的过电压时，它具有优良的非线性特性和陡波响应特性。氧化锌避雷器特别适用于多回线路、电容器组、电缆等波阻抗低的系统。氧化锌电阻片线性系数高达30一50，在标称电流动作负载时无续流，大大改善了避雷器耐受多重雷击的能力。此外，它的通流能力大，耐受暂时工频过电压的能力强。因此设计的都采用氧化锌避雷器。

6.3 避雷针的设计

为防止雷电波直击变电所设备及其架构、电气建筑物，本站直击雷防护在变电所四角设四支等高避雷针联合保护，冲击接地电阻不超过10Ω。根据设计所给的220kV进线2回、110kV出线4回，35kV出线6回。220kV进线间隔间距离按12m考虑、110kV出线间隔间距按9m、35kV出线间隔间距按7m考虑，全站电气设备最高点220kV龙门架高度14m 。

6.4 接地设计

全站设主接地网和避雷针接地网。

主接地网以水平接地带为主、垂直接地体为辅且边缘闭合的复合接地网。网内设置井字型均压带，在避雷器和主变压器附近设置集中的接地极以利雷电冲击波散流。主接地网的接地电阻在任何时候不应大于0.5Ω（满足综自要求），如不满足要求则需采取化学等降阻措施。

避雷针设独立的接地网，以垂直接地体为主，辅以水平条带，接地电阻不大于10Ω。如不满足可利用接地带接入主接地网，但接地带地中距要求大于15米。

水平接地带采用50mm×6mm的热镀锌扁钢，垂直接地体采用63×63×6mm的热镀锌角钢。接地体间凡焊接处应作防腐处理。

7 结论

本设计牢牢把握住给定的原始参数并严格遵照设计任务书的要求，按照科学的流程和步骤进行了各方面的论述和计算，完成了一个变电站主要部份的初步组合。

在实施过程中，力求印证相关专业知识和基本原理并紧密结合工程实际。对主变和站用变的选择、短路电流计算、电器和导体的选择校验等需要定量分析的部分力求做到精确细致，对配电装置的设计、继电保护配置等只做了定性分析，但也力求做到论证严密，论据可靠。在知识的提炼和糅合、总结上得到了提高上，取得了较大的收益。

本次设计在指导老师的悉心指导，避免了许多失误和错漏，节约了设计时间。

本设计成果距离工程实际要求还相差甚远，要想有自己作品被采用的可能还需付出长远的努力。不足之处请老师多多批评指正。

参 考 文 献

[1] 水利电力部西北电力设计院编，电力工程电气设计手册（电气一次部分）[M]，北京：水利电力出版社，1994.

[2] 水电站机电设计手册编写组. 水电站机电设计手册（电气一次）[M]. 北京：水利电力出版社，1982.

[3] 电力工业部西北电力设计院编. 电力工程电气设备手册（电气一次部分）[M]，北京：中国电力出版社，1998.

[4] 电力工业部电力规划总院编.电力系统设计手册[M]，北京：中国电力出版社，1998 .

[5] 丁毓山. 发电厂设计（10~220kV）[M]. 沈阳：辽宁科学技术出版社，1993.

[6] 丁毓山、雷振山. 中小型发电厂实用设计手册[M]，北京：中国水利水电出版社，2000 .

[7] 中国计划出版社编. 电气标准规范条文说明汇编[S]. 北京：中国计划出版社，1999.

[8] 范锡普主编. 发电厂电气部分（第二版）. 北京：水利电力出版社，1995.

[9] 陈珩编.电力系统稳态分析(第三版). 北京：中国电力出版社，2007.

[10] 李光琦编.电力系统暂态分析(第三版). 北京：中国电力出版社，2007.

[11] 电力工业部西北电力设计院 《电力工程电气设备手册1》电气一次部分 上册中国电力出版社 1998

[12] 电力工业部西北电力设计院 《电力工程电气设备手册1》电气一次部分 下册中国电力出版社 1998

[13] 西北电力设计院《电力工程电气设计手册》

[14] 东南大学《电机学》

[15] 东南大学《电力系统稳态分析》《电力系统暂态分析》

[16] 天津大学《电力系统继电保护原理》

[17] 上海市电子电器技术协会《常用高低压电器手册》

[18] 四川出版社《供电实用手册》

[19] 华北电力学院主编《电力系统故障分析》

[20] 重庆大学《高电压技术》

谢　辞

毕业设计即将结束，我衷心的感谢在设计期间给予指导、帮助和支持的各位老师、同学和朋友，尤其是我的老师，是他对知识的综合运用、对新知识的学习、解决工程问题认真劲感染了我，在他耐心的指导下，很多知识由不懂变得清晰，由陌生边得熟悉，使我受益匪浅。同时使自己在精神和品质方面的锻炼有了进一步的提高，对工程与社会、经济、文化、环境等关系的认知也更深了一层。

同时，也要感谢认真评阅我的毕业论文，仔细对我提问的教师，让我对课题有了更深层次的认识。最后，更要感谢同学，没有彼此交换思想的讨论也就没有论文的产生，从他们身上我学到了很多东西，取别人之长补己之短。相处是愉快的，也是受益匪浅的。衷心的感谢！