【正文】 《電氣專業(yè)核心課綜合》課程設計報告 題 目：220KV降壓變電所電氣一次部分初步設計 院 （系）： 機電與自動化學院 專業(yè)班級： 電氣工程 1004 20 13年 6月 16 日至20 13年 7 月 5 日華中科技大學武昌分校制目 錄課程設計任務書 31 電氣主接線設計 6 主接線設計要求 6 主接線基本接線方式 7 主接線的接線方案確定 122 主變壓器選擇 16 主變壓器的選擇原則 16 主變壓器臺數(shù)的選擇 16 主變壓器容量的選擇 173 短路電流計算 20 概述 20 短路電流計算目的 20 短路電流計算基本假設 20 各元件電抗標么值計算 21 各電氣元件標幺值的計算 21 線路標幺電抗總圖及化簡圖 21 系統(tǒng)最大運行方式下短路電流計算 23 23 220KV側短路計算 23 110KV側短路計算 25 10KV側短路計算 274 主要電氣設備選擇 30 概述 30 按正常工作條件選電氣設備 30 按短路狀態(tài)進行校驗 31 高壓斷路器的選擇 32 220KV側斷路器的選擇 33 110KV側斷路器的選擇 34 10KV側斷路器的選擇 35 隔離開關的選擇 36 220KV側隔離開關的選擇 37 110KV側隔離開關的選擇 38 10KV側隔離開關的選擇 394．4 母線的選擇 40 220KV側母線的選擇 41 110KV側母線的選擇 42 10KV側母線的選擇 43 互感器的選擇 49 電流互感器選擇依據(jù) 50 電流互感器的選擇 51 54 555 防雷及接地體設計 57 概述 57 57 接地裝置的設計 58 主變壓器中性點間隙保護 58 變電所防雷設計 596. 設計總結 60參考文獻 61附 錄1 主要設備選擇匯總表 62成績評定表 63課程設計任務書一、設計（調查報告/論文）題目220KV降壓變電所電氣一次部分初步設計二、設計（調查報告/論文）主要內容本設計只作電氣部分的初步設計，不作施工設計。 主要設計內容：①確定電氣主結線；②確定電氣布置原則；③短路電流計算，④主導體和電氣設備的選擇，⑤繼電保護配置方案；⑥確定防雷和接地保護方案，⑦所用電。 三、原始資料待建變電所基本資料 (1)設計變電所在城市近郊，向開發(fā)區(qū)的煉鋼廠、化纖廠供電，在變電所附近還有10KV地區(qū)負荷。 (2)本變電所的電壓等級為220／110／10kV，220kV是電源側電壓，110kV和10kV是二次負荷側電壓。 (3)待設計的變電所， 220kV線路5回，其中2回與系統(tǒng)、2回與電廠相連、備用一回； 110kV送出4回線路，備用一回； 10kV送出12回線路； 該變電所的所址，地勢平坦，交通方便。110kV和10kV用戶負荷統(tǒng)計資料 110kV和10kV用戶負荷統(tǒng)計資料見下表。最大負荷利用小時數(shù)Tmax＝5500h，線路損耗取6％。 表一 110KV用戶負荷統(tǒng)計資料用戶名稱最大負荷(kW)cosφ 回路數(shù)線路全長（KM)重要負荷百分數(shù) (％)煉鋼廠 42000 250 65化纖廠 32000 280 70表二 10KV用戶負荷統(tǒng)計資料序號用戶名稱最大負荷 (kW)cosφ回路數(shù)重要負荷百分數(shù) (％)1礦機廠 18000．95 2622機械廠 19000．95 23汽車廠 17000．95 24電機廠 20000．95 25煉油廠 22000．95 26飼料廠 8000．95 2待設計變電所與電力系統(tǒng)的連接情況 待設計變電所與電力系統(tǒng)的連接情況如圖所示。可用參數(shù)：2 系統(tǒng)至本變電所220kV母線的標么電抗(Sd=1OOMVA)為； ⑵ 最高氣溫40℃、最低氣溫20℃，主導風向冬季為西北風，夏季為東南風，最大風速25m／S、海拔600m，地震級為6度。四、要求的設計（調查/論文）成果(1)選擇本變電所主變的臺數(shù)、容量和類型。 (2)設計本變電所的電氣主接線，選出數(shù)個電氣主接線方案進行技術經(jīng)濟比較，確定一個較佳方案。 (3)進行必要的短路電流計算。 (4)選擇和校驗典型的電氣設備。 (5)設計和校驗母線系統(tǒng)。(6)進行繼電保護的設計。 (7)進行防雷保護規(guī)劃設計。（8）繪制變電所電氣主接線圖。五、進程安排內容時間下達課程設計任務書。講解課程設計的任務與要求、進度安排、指導時間、注意事項、提供參考資料。學生到實驗室熟悉實驗室平臺。1天搜集資料、方案論證、初步設計。3天系統(tǒng)設計、繪制系統(tǒng)接線圖及進行計算。7天方案優(yōu)化、總結完善、整理資料、撰寫課程設計報告3天答辯、課程設計總結。1天共計15天（3周） 51 電氣主接線設計 主接線設計要求電氣主接線又稱為電氣一次接線，它是將電氣設備以規(guī)定的圖形和文字符號，按電能生產(chǎn)、傳輸、分配順序及相關要求繪制的單相接線圖。主接線代表了變電站高電壓、大電流的電器部分主體結構，是電力系統(tǒng)網(wǎng)絡結構的重要組成部分。它直接影響電力生產(chǎn)運行的可靠性、靈活性，同時對電氣設備選擇、配電裝置布置、繼電保護、自動裝置和控制方式等諸多方面都有決定性的關系。因此，主接線設計必須經(jīng)過技術與經(jīng)濟的充分論證比較，綜合考慮各個方面的影響因素，最終得到實際工程確認的最終方案。電氣主接線設計的基本要求，概況地說應包括可靠性、靈活性和經(jīng)濟性三方面。(1) 可靠性 安全可靠是電力生產(chǎn)的首要任務，保證供電可靠是電氣主接線最基本的要求，而且也是電力生產(chǎn)和分配的首要要求。主接線可靠性的基本要求通常包括以下幾個方面:①斷路器檢修時，不宜影響對系統(tǒng)供電。②線路、斷路器或母線故障時，以及母線或母線隔離開關檢修時，盡量減少停運出線回路數(shù)和停電時間，并能保證對全部I類及全部或大部分II類用戶的供電。③盡量避免變電站全部停電的可能性。④大型機組突然停運時，不應危及電力系統(tǒng)穩(wěn)定運行。(2) 靈活性電氣主接線應能適應各種運行狀態(tài)，并能靈活地進行運行方式的轉換。靈活性包括以下幾個方面:①操作的方便性：電氣主接線應該在服從可靠性的基本要求條件下，接線簡單，操作方便，盡可能地使操作步驟少，以便于運行人員掌握，不至在操作過程中出差錯。②調度的方便性：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。③擴建的方便性：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(jīng)濟性主接線在滿足可靠性、靈活性要求的前提下做到經(jīng)濟合理。①投資?。褐鹘泳€應簡單清晰，并要適當采用限制短路電流的措施，以節(jié)省開關電器數(shù)量、選用價廉的電器或輕型電器，以便降低投資。②占地面積小：主接線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，都采用三相變壓器，以簡化布置。③電能損失少：在變電站中，電能損耗主要來自于變壓器，應經(jīng)濟合理的選擇變壓器的型式、容量和臺數(shù)，盡量避免兩次變壓而增加電能損耗。 主接線的基本接線方式 主接線的基本接線形式就是主要電氣設備常用的幾種連接方式，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。而與有母線的接線相比，無匯流母線的接線使用開關電器較少，配電裝置占地面積較小，通常用于進出線回路少，不再擴建和發(fā)展的變電站。有匯流母線的接線形式概括的可分為單母線接線和雙母線接線兩大類；無匯流母線的接線形式主要有橋形接線、角形接線和單元接線。(1) 單母線接線 單母線接線供電電源在變電站是變壓器或高壓進線回路。母線既可保證電源并列工作，又能使任一條出線都可以從任一個電源獲得電能。各出線回路輸入功率不一定相等，應盡可能使負荷均衡地分配在各出線上，以減少功率在母線上的傳輸。單母接線的優(yōu)點：接線簡單，操作方便、設備少、經(jīng)濟性好，并且母線便于向兩端延伸，擴建方便。缺點： ①可靠性差。母線或母線隔離開關檢修或故障時，所有回路都要停止工作，也就成了全廠或全站長期停電。②調度不方便。電源只能并列運行，不能分列運行，并且線路側發(fā)生短路時，有較大的短路電流。單母接線適用于：110～220KV配電裝置的出線回路數(shù)不超過兩回，35～63KV配電裝置的出線回路數(shù)不超過3回，6～10KV配電裝置的出線回路數(shù)不超過5回。故220KV可采用單母接線。(2) 單母分段接線 單母線分段接線，可以提高供電可靠性和靈活性；對重要用戶可以從不同段引出兩回饋電線路，由兩個電源供電；當一段母線發(fā)生故障，分段斷路器自動將用戶停電；兩段母線同時故障的幾率甚小，可以不予考慮。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，擴建時須向兩個方向均衡擴建。單母分段適用于：110～220KV配電裝置的出線回路數(shù)為3～4回，35～63KV配電裝置的出線回路數(shù)為4～8回，6～10KV配電裝置的出線為6回及以上。故110KV和10KV可采用單母分段接線。(3) 單母線分段帶旁路母線的接線 單母線分段帶旁路母線 單母線分段斷路器帶有專用旁路斷路器母線接線極大地提高了可靠性，但這增加了一臺旁路斷路器，大大增加了投資。適用于進出線不多、容量不大的中小型電壓等級為35～110KV的變電所較為實用，具有足夠的可靠性和靈活性。故110KV可采用單母線分段帶旁路接線，因出線為4回，可采用旁路斷路器兼做分段斷路器的接線。220KV也可采用此接線。(4) 雙母線接線 雙母接線有兩種母線，并且可以互為備用。每一個電源和出線的回路，都裝有一臺斷路器，有兩組母線隔離開關，可分別與兩組母線接線連接。兩組母線之間的聯(lián)絡，通過母線聯(lián)絡斷路器來實現(xiàn)。其特點有：供電可靠、調度靈活、擴建方便等特點。由于雙母線有較高的可靠性，廣泛用于：出線帶電抗器的6～10KV 配電裝置；35～60KV 出線數(shù)超過8 回，或連接電源較大、負荷較大時；110～220KV 出線數(shù)為5 回及以上時。故10KV出線帶電抗器可采用雙母線接線,110KV、220KV也可以采用雙母線接線。(5) 雙母線分段接線 為了縮小母線故障的停電范圍，可采用雙母分段接線，用分段斷路器將工作母線分為兩段，每段工作母線用各自的母聯(lián)斷路器與備用母線相連，電源和出線回路均勻地分布在兩段工作母線上。雙母接線分段接線比雙母接線的可靠性更高，當一段工作母線發(fā)生故障后，在繼電保護作用下，分段斷路器先自動跳開，而后將故障段母線所連的電源回路的斷路器跳開，該段母線所連的出線回路停電；隨后，將故障段母線所連的電源回路和出線回路切換到備用母線上，即可恢復供電。這樣，只是部分短時停電，而不必短期停電。 雙母線分段接線被廣泛用于發(fā)電廠的發(fā)電機電壓配置中，同時在220～550KV 大容量配電裝置中，不僅常采用雙母分段接線，也有采用雙母線分四段接線的。(6) 雙母線帶旁路母線的接線，用旁路斷路器替代檢修中的回路斷路器工作，使該回路不致停電。這樣多裝了價高的斷路器和隔離開關，增加了投資，然而這對于接于旁路母線的線路回數(shù)較多，并且對供電可靠性有特殊需要的場合是十分必要的。(7) 橋型接線 橋型接線 當只有兩臺變壓器和兩條輸電線路時，采用橋型接線，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(jīng)常切除，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： 適合于出線較短，且變壓器隨經(jīng)濟運行的要求需經(jīng)常切換，或系統(tǒng)有穿越功率，較為適宜。當線路故障時需停相應的變壓器。所以，橋式接線雖然有使用斷路器少、布置簡單、造價低等優(yōu)點，但是可靠性較差。故220KV的系統(tǒng)可以采用外橋接線，因一般都有穿越功率。(8) 角形接線 多角形接線的各斷路器互相連接而成閉合的環(huán)形，是單環(huán)形接線。為減少因斷路器檢修而開環(huán)運行的時間，保證角形接線運行可靠性，以采用3～5角形為宜。優(yōu)點是：投資省，占地面積少，接線成閉合環(huán)形，可靠性靈活性較高。缺點是：任一臺斷路器檢修，都成開環(huán)運行，從而降低了接線的可靠性，不易于擴建等。適用于：回路數(shù)較少且能一次建成、不需要再擴建的110KV及以上的配電裝置中。故110KV和220KV可采用角形接線。(9) 單元接線 變壓器線路單元接線最簡單、設備最少，不需高壓配電裝置，但線路故障或檢修時，變壓器停運，變壓器故障或檢修時，線路停運。適用于只有一臺變壓器和一回線路時，故不采用。 主接線的方案確定結合原始資料所提供的數(shù)據(jù)，和權衡上面各種接線方式的優(yōu)缺點，將各電壓等級使用的主接線方式列出：(1) 220KV