【正文】 10 月 27 日附頁(1).設(shè)計變電所在城市近郊，向開發(fā)區(qū)的煉鋼廠供電，在變電所附近還有地區(qū)負(fù)荷；(2).確定本變電所的電源，由雙回 220kV 線路送到本變電所；在中壓側(cè) 110kV 母線，送出 2 回線路；在低壓側(cè) 10kV 母線，送出 12 回線路；在本所 220kV 母線有三回輸出線路。（2）設(shè)計本變電所的電氣主接線，選出最少兩個電氣主接線方案進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟比較，確定一個最佳方案。本設(shè)計所涉及的基礎(chǔ)知識涵蓋電機、電力系統(tǒng)分析、發(fā)電廠電氣部分、電力系統(tǒng)繼電保護、發(fā)電廠及變電站二次部分、高電壓技術(shù)、電力仿真軟件等課程，對于本專業(yè)學(xué)生進(jìn)一步加深和鞏固專業(yè)知識、提高專業(yè)知識的實際應(yīng)用能力有非常重要的意義。該變電所處于從城市郊區(qū)，向開發(fā)區(qū)的煉鋼廠供電，在變電所附近有地區(qū)負(fù)荷該變電所為樞紐變電所。畢業(yè)設(shè)計（論文）任務(wù)書電氣工程系 2022屆電力系統(tǒng)自動化技術(shù)專業(yè)畢業(yè)設(shè)計（論文）題目 220kV 降壓變電所電氣設(shè)計課題內(nèi)容性質(zhì) 工程設(shè)計課題來源性質(zhì) 教師收集的結(jié)合生產(chǎn)實際的課題校內(nèi)（外）指導(dǎo)教師 職稱 工作單位及部門 聯(lián)系方式陳金鵬 副教授 蘭州工業(yè)高等?？茖W(xué)校電氣工程 系 18919080650一、題目說明（背景、目的和意義）由于經(jīng)濟的快速發(fā)展，是本地區(qū)原電網(wǎng)長期處于過負(fù)荷運行狀態(tài)，供電質(zhì)量得不到保證，極大的制約了該地區(qū)經(jīng)濟的發(fā)展。經(jīng)電力部門批準(zhǔn)，籌建一 220kV變電所。該變電所所址地勢平坦，交通方便。二、設(shè)計（論文）要求（工作量、內(nèi)容、設(shè)計成果）1. 基本數(shù)據(jù)見附頁2. 設(shè)計內(nèi)容（1）選擇本變電所主變臺數(shù)、容量和類型。(3)進(jìn)行必要的短路電流計算；（4）選擇和校驗所需的電氣設(shè)備；（5）進(jìn)行防雷保護設(shè)計；（6）繪制變電所主接線圖；（7）繪制繼電保護原理圖；3. 其它要求 （1）撰寫不少于 10000 字的設(shè)計說明書； （2）用 autoCAD 繪制主接線圖一張； （3）撰寫不少于 200 字的英文摘要三、進(jìn)度表日期 內(nèi)容2022～2022 秋十五周十六周十七周十八周十九周二十周2022～2022 春第一周第二周熟悉資料外部供電方案的設(shè)計總降壓變電站設(shè)計輸入、打印、準(zhǔn)備答辯答辯完成日期 2022—2022 學(xué)年秋 第二十周答辯日期 2022—2022 學(xué)年春 第一、二周四、主要參考文獻(xiàn)、資料、設(shè)備和實習(xí)地點及翻譯工作量：1 余建明、同向前、（第 3 版）[M].北京：機械工業(yè)出版社，20222 [M].北京：電力出版社，20223 于永源 《電力系統(tǒng)分析》 [M].北京：電力出版社，20224 韓禎祥 《電力系統(tǒng)分析》 [M].浙江：浙江大學(xué)出版社，20225 劉學(xué)軍 《繼電保護原理》[M].北京：中國電力出版社，20226 韓笑 《電力工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計指導(dǎo)》[M].北京：水電電出版社，20227 張華 《電類專業(yè)畢業(yè)設(shè)計指導(dǎo)》[M].北京：機械工業(yè)出版社，20228 《工廠常用電氣設(shè)備手冊》 （上、下冊、補充冊）[M].北京：電力出版社，20229 吳天明 《MATLAB 電力系統(tǒng)設(shè)計與分析》[M].北京：國防科技大學(xué)出版社，202210 賀家李 《電力系統(tǒng)繼電保護原理》 （增訂版）[M].北京：電力出版社，2022年 9 月11 姚春球《發(fā)電廠電氣部分》 [M].北京：電力出版社，202212 周澤存 《高電壓技術(shù)》 （第二版）[M].北京：電力出版社，2022翻譯工作量：翻譯一篇與設(shè)計有關(guān)的英文資料，字?jǐn)?shù)不得少于 1000 字。該變電所的所址，地勢平坦，交通方便。表 1 110kV 用戶負(fù)荷統(tǒng)計數(shù)據(jù)用戶名稱 最大負(fù)荷（kV） 回路數(shù) 重要負(fù)荷百分?jǐn)?shù)（%） cos?煉鋼廠 42022 2 65 表 2 10kV 用戶負(fù)荷統(tǒng)計數(shù)據(jù)序號 用戶名稱 最大負(fù)荷（kW） cos?回路數(shù) 重要負(fù)荷百分?jǐn)?shù)（%）123456礦機廠機械廠汽車廠電機廠煉油廠飼料廠1800900210024002022600 2 62最大負(fù)荷利用小時數(shù) Tmax=5500h，同時率取 ，線路損耗取 5%。220kV 變電所設(shè)計摘要變電站作為電力系統(tǒng)中的重要組成部分，直接影響整個電力系統(tǒng)的安全與經(jīng)濟運行。該變電站的建成，不僅增強了當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，而且為當(dāng)?shù)氐墓まr(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供了足夠的電能，從而達(dá)到使本地區(qū)電網(wǎng)安全、可靠、經(jīng)濟地運行的目的。其次進(jìn)行短路電流計算，從三相短路計算中得到當(dāng)短路發(fā)生在各電壓等級的母線時，其短路穩(wěn)態(tài)電流和沖擊電流的值。 最后，并繪制了電氣主接線圖。 main connection。它的發(fā)展水平和電氣的程度，是衡量一個國家的國民經(jīng)濟發(fā)展水平及其社會現(xiàn)代化水平高低的一個重要標(biāo)志。本畢業(yè)設(shè)計是在完成本專業(yè)所有課程后進(jìn)行的綜合能力考核。通過本次畢業(yè)設(shè)計，達(dá)到了鞏固課程的理論知識，掌握變電站設(shè)計和防雷保護設(shè)計的基本方法，體驗和鞏固我們所學(xué)的專業(yè)基礎(chǔ)和專業(yè)知識的水平和能力，培養(yǎng)我們運用所學(xué)知識去分析和解決與本專業(yè)相關(guān)的實際問題，培養(yǎng)我們獨立分析和解決問題的能力的目的。提高專業(yè)知識，拓寬、提高專業(yè)知識，完善知識結(jié)構(gòu)，開發(fā)創(chuàng)造型思維，提高專業(yè)技術(shù)水平和管理，增強計算機應(yīng)用能力，成為一專多能的高層次復(fù)合型人才。該變電所的所址靠近負(fù)荷中心，有利于電能的傳輸。本變電所所處的地理位置優(yōu)越，地勢平坦、交通條件便利有利于大型設(shè)備的運輸和安裝。該變電所高壓側(cè) 220kV 母線有 3 回出線向負(fù)荷供電；中壓側(cè) 110kV 母線送出 2 回線路向附近煉鋼廠供電；在低壓 10kV 母線送出 12 回線路向地區(qū)負(fù)荷供電。2 主變的選擇 主變選擇 變壓器是變電所中最重要的和最貴重的是設(shè)備，變壓器的選擇在變電所中是比較重要的。變壓器的分類方法比較多，按功能分有升壓變壓器和降壓變壓器，按相數(shù)分有單相和三相變壓器，按繞組導(dǎo)體的材質(zhì)分有銅繞組和鋁繞組變壓器，按冷卻方式和繞組絕緣分有油浸式，干式兩大類，其中油浸式變壓器又有油浸自冷式，油浸風(fēng)冷式，油浸水冷式和強迫油循環(huán)冷卻式等。按用途又可分為普通變壓器和特種變壓器，按調(diào)壓方式分有無載調(diào)壓變壓器和有載調(diào)壓變壓器。在選擇變壓器時，應(yīng)選用低損耗節(jié)能型變壓器，如 S9 系列或 S10 系列。SGZ3 等）降壓變電所主變壓器臺數(shù)和容量的確定。（1） 對季節(jié)性負(fù)荷或晝夜負(fù)荷變動較大而宜于采用經(jīng)濟運行方式的變電所也可以考慮采用兩臺變壓器。（3） 在確定變電所主要變壓器臺數(shù)時,應(yīng)適當(dāng)考慮負(fù)荷的發(fā)展留有一定的余地。（2）根據(jù)變電所帶負(fù)荷性質(zhì)和電網(wǎng)結(jié)構(gòu)來確定主變?nèi)萘?，對有重要?fù)荷的變電站應(yīng)考慮一臺主變壓器停運時，其余主變壓器容量在計及過負(fù)荷能力后的允許時間內(nèi)，應(yīng)保證用戶的一、二級負(fù)荷；對一般性變電站，當(dāng)一臺主變停運時，其余主變壓器應(yīng)能保證全部負(fù)荷的 60％70%。 （主要考慮備用品，備件及維修方便。110kV 最大負(fù)荷 ./4201??10kV 側(cè)最大負(fù)荷 kVASm ./)6980(1 ????按我國現(xiàn)行規(guī)程，兩臺變壓器運行時，考慮到當(dāng)一臺變壓器停電或故障檢修時，要保證 60%—70%的負(fù)荷供電。 主變臺數(shù)的考慮原則及臺數(shù)的選擇（1）對大城市的一次變，在中、低壓側(cè)構(gòu)成環(huán)網(wǎng)情況下，裝兩臺主變?yōu)橐?。?）對規(guī)劃只裝兩臺主變的變電所，其主變基礎(chǔ)宜大于變壓器容量的 12 級設(shè)計，以便負(fù)荷發(fā)展時更換主變。 變壓器型式的選擇 相數(shù)的選擇由相應(yīng)規(guī)程規(guī)定，若站址地勢開闊，交通運輸方便，也不是由于容量過大而無法解決制造問題宜采用三相變壓器，結(jié)合以上分析，此變電所應(yīng)采用三相變壓器。故該市郊變電所主變選擇三繞組變壓器。電力系統(tǒng)中變壓器繞組采用的連接方式有 Y 和△型兩種，而且為保證消除三次諧波的影響，必須有一個繞組是△型的，我國 110kV 及以上的電壓等級均為大電流接地系統(tǒng)，為取得中型點，所以都需要選擇 的連接方式。故該市郊變電所主變應(yīng)采用的繞組連接方式為： 。變壓器的阻抗選擇實際上是指三個繞組在變壓器鐵心中纏繞的位置，由此變壓器可以分為升壓結(jié)構(gòu)和降壓結(jié)構(gòu)兩種類型。規(guī)程規(guī)定：在能滿足電壓正常波動情況下可以采用手動調(diào)壓方式（手動調(diào)壓方式的變壓器便宜、維修方便） 。綜合以上分析本設(shè)計中此變電站的主變宜采用有載調(diào)壓方式。按一般情況，220kV 變電站宜選用自然風(fēng)冷式。220kV，110kV 側(cè)采用分級絕緣的經(jīng)濟效益比較顯著，并且選用與中性點絕緣等級相當(dāng)?shù)谋芾灼骷右员Ｗo。由計算結(jié)果及以上所述得知應(yīng)選擇容量為 63000kVA 的 SFPSL63000/220 型變壓器。主接線的確定對電力系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定、靈活，經(jīng)濟運行以及變電站電氣設(shè)備選擇，配電裝置的布置，會有直接的影響。變電站電氣主接線的可靠性、靈活性和經(jīng)濟性是一個綜合的概念，不能單獨的強調(diào)其中的某一特性，也不能忽略其中的某一特性。例如系統(tǒng)中的超高壓、大容量樞紐變電站，因停電會對系統(tǒng)和用戶造成重大損失，故對其可靠性要求就特別高；系統(tǒng)中的中小容量中間變電站或終端變電站，因停電對系統(tǒng)和用戶造成的損失較小，這類變電站的數(shù)量特別大，故對其主接線的經(jīng)濟性就要特別重視。 （2）考慮遠(yuǎn)期發(fā)展規(guī)模。（4）考慮主變壓器臺數(shù)對主接線的影響。 主接線的基本要求 （1）可靠性 （2）靈活性 （3）經(jīng)濟性考慮以符合設(shè)計要求，國家政策，技術(shù)規(guī)定為準(zhǔn)。 方案的擬定各接線形式的優(yōu)缺點及應(yīng)用范圍 單母線接線 （1）優(yōu)點：接線簡單清晰，設(shè)備少，操作方便，便于礦建和采用成套配電裝置。（3）適用范圍：一般只適用于一臺發(fā)電機或一臺主變壓器的情況。 單母線分段接線 這種接線除具有單母線接線的簡單、清晰，采用設(shè)備少、操作方便、擴建容易等優(yōu)點外，增加分段斷路器后，提高了可靠性。其缺點是當(dāng)分段斷路器故障時，整個配電裝置會全停；母線和母線隔離開關(guān)檢修時，該段母線上連接的組件都要在檢修期間停電。②當(dāng)一段母線上發(fā)生故障時，分段斷路器自動將故障切除，保證正常段母線不間斷供電和不致使重要用戶停電。②出線雙回時，常使架空線交叉跨越。（3）適用范圍：6~10kV 配電裝置出線回路數(shù)為 6 回及以上，110~220kV 配電裝置出線回路數(shù)為 3~4 回。但由于設(shè)備制造水平的提高，高質(zhì)量的斷路器不斷涌現(xiàn)。此外，110kV 和 220kV 側(cè)也考慮采用単母分段接線方式。 （2）缺點：①增加一組母線和使每回路要增加一組母線隔離開關(guān)②當(dāng)母線故障或檢修時，隔離開關(guān)作為倒換操作電器，容易誤操作。當(dāng)短路電流較大，出線需要帶電抗器時。出線回路數(shù)為 5 回及以上時，或當(dāng) 110~220kV 配電裝置在系統(tǒng)中占重要地位且出線回路數(shù)為 4 回及以上時。110kV 側(cè)可以適當(dāng)考慮。（1）內(nèi)橋形接線 優(yōu)點：高壓斷路器數(shù)量少，四個回路只需三臺斷路器。②橋連斷路器檢修時，兩個回路需解列運行。適用范圍：較小容量的發(fā)電廠，變電站且變壓器不經(jīng)常切換或線路較長，故障率較高的情況?？煽紤]選用。缺點：①線路的投入和切除較復(fù)雜，需動作兩臺斷路器，并有一臺斷路器暫時停運。③變壓器側(cè)斷路器檢修時，變壓器需較長時間停運。此外，線路有穿越功率時，也宜采用外橋接線。而較容易實現(xiàn)分階段的擴建等優(yōu)點，但是易受到母線故障的影響，斷路器檢修時要停運線路，占地面積較大，一般當(dāng)連接的進(jìn)出線回路數(shù)在 11 回及以下時，母線不分段。圖 主接線方案三 最佳方案的確定方案一與方案二比較，在于方案二 110kV 側(cè)采用了雙母線接線形式，而方案一則采用了單母分段接線形式，方案二比方案一多用了一根母線和四個隔離開關(guān)，更可靠；方案三與方案二比較，在于方案二 110kV 側(cè)采用了采用了雙母接線形而方案三則采用了內(nèi)橋接線形式，由于 110kV 側(cè)出線較少，且是供給另一終端變電站的，采用雙母線、內(nèi)橋接線方式均可滿足可靠性要求，但采用雙母線接線方式操作復(fù)雜，成本高、易誤操作，所以二者相比，方案三更佳。4 短路電流計算 等值電抗計算由任務(wù)書和主接線圖畫出系統(tǒng)圖如圖 ：圖 變電所系統(tǒng)圖根據(jù)系統(tǒng)圖可畫出等值電抗圖如圖 ：圖 等值電抗圖各組件等值電抗的計算如下：選取基準(zhǔn)容量： MVASB10?基準(zhǔn)電壓： avU線路電抗： kmX/4.?發(fā)電機 G1電抗： ( )1 ?????NBPCOS?因為發(fā)電機電抗相等：X 1 = X3 = X5 = X7與 G1 相連的變壓器電抗： ( ).%2eBdSU由于與 G1G2G3G4相連的變壓器電抗相等：X 2 = X4 = X6 = X8線路電抗其中線路長度 L 如上圖 11 所示： ( ) ?????B . ?????B與 GG 6相連變壓器電抗： .48.%15eBdSX由于兩變壓器電抗相等：X 15 = X16 發(fā)電機 GG 6電抗： .17 ?????NBPCO?發(fā)電機 GG 6電抗相等：X 17 = X18線路電抗： ?????BUSL由短路電壓百分比計算出所選變壓器各繞組電抗： ( )??%%)32()31()21(1 ???kkkX40)1()()(2 ??7.)2()32()31(3 ???kkkU注：由于變壓器中壓側(cè)繞阻電抗 X2%為負(fù)值，因此其電抗其為零。 220kV 側(cè)短路系統(tǒng)并列，k1 點短路時的短路電流：k1 點短路等值電抗圖如下：圖 k1 點短路等值電抗圖對圖 進(jìn) 行變換其變換后如圖 ： ?????