220KV变电站初步设计

毕业设计报告

课题名称 220kV变电站初步设计 作 者 ***

专 业 电气工程及其自动化 班级学号 20521429 指导教师 范文

2012 年 10 月

目 录

摘要 ·····································································································································1 关键词 ·································································································································2

1.引言 ·································································································································2 1.1 变电站的类型 ·············································································································2

1.1.1 枢纽变电站 ······································································································2 1.1.2 中间变电站 ······································································································2 1.1.3 地区变电站 ······································································································3 1.1.4 终端变电站 ······································································································3 1.1.5 变电站发展 ········································································································3 1.1.6 本变电站设计要求 ·····························································································3 2.原始资料 ·························································································································3

2.1 建站规模 ··············································································································4 2.2系统和保护要求 ···································································································5 2.3主要技术参数 ·······································································································5 3.主接线的选择 ··················································································································6

3.1 电气主接线的概念及其重要性 ············································································6 3.2 主接线的设计原则 ·······························································································6 3.3 主接线的基本要求 ·······························································································7 3.4 各种接线形式的特点 ···························································································8 3.5 变电所的设计方案 ····························································································· 11 4. 主变压器的选择 ·········································································································· 12

4.1 主变压器的选择 ······························································································· 12 4.2 主变压器台数的选择 ······················································································· 12 4.3 主变压器型式的选择 ······················································································· 13 4.4主变压器容量的选择 ·························································································· 14 4.5 主变压器型号的选择 ······················································································· 14 结束语 ······························································································································· 16 参考文献 ··························································································································· 17

220kV变电站初步设计

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摘要:根据任务书的要求，本次设计为220kV变电站初步设计，并绘制电气主接线图及其他图。该变电站有两台主变压器，站内主接线为220kV、110kV、和10kV三个电压等级。为城郊提供稳定而高质量的电能。

在规划该变电站主接线时，要充分的考虑各个电压等级在该系统中的重要性，以及今后发展对接线方式的扩建及运行和维护的要求，进一步达到设计要求的经济性和运行维护的可靠性。

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此次进行变电站的设计，其主要内容主要包括对电气主接线的确定，主变压器的选择。 关键词:电力系统 变压器 主接线

1.引言

电是能量的一种表现形式，电力已成为工农业生产不可缺少的动力，并广泛应用到一切生产部门和日常生活方面。电能有许多优点：首先，它可简便地转变成另一种形式的能量。其次，电能经过高压输电线路，还可输送很长的距离，供给远方用电。另外，许多生产部门用电进行控制，容易实现自动化，提高产品质量和经济效益。电力工业在国民经济中占有十分重要的地位[1]。

本次所设计的变电所是枢纽变电所，全所停电后，将影响整个地区以级下一级变电所的供电即本次设计的变电所最后规模：采用两台OSFPS7-120000/220型三绕组有载调压变压器，容量比为100/100/50，互为备用。220kV侧共有8回出线，近期5回，远期3回，其中4回出线朝西，4回出线朝北，110kV也有10回出线，一次建成，5回朝西，3回朝北，2回朝南。因此220kV及110kV主接线最后方案采用双母带旁母接线形式，正常运行时旁母不带电。

1.1 变电站的类型

电力系统由发电厂、变电站、线路和用户组成。变电站是联系发电厂和用户的中间环节，起着变换和分配电能的作用。

变电站根据它在系统中的地位，可分成下列几类：

1.1.1 枢纽变电站

它位于电力系统的枢纽点，连接电力系统高压和中压的几个部分，汇集多个电源，电压为330-500的变电所，称为枢纽变电站。全站停电后，将会引起系统解列，甚至出现瘫痪。

1.1.2 中间变电站

高压侧以交换电流为主，起系统交换功率的作用，或使长距离输电线路分段，

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一般汇集2-3个电源，电压为220-330kV，同时又降压供给当地用电，这样的变电站主要起中间环节的作用。全站停电后，将引起区域电网解列。

1.1.3 地区变电站

高压侧电压一般为110-220kV，向地区用户供电为主的变电站，这是一个地区或城市的主要变电站。全站停电后，仅使该地区中断供电。

1.1.4 终端变电站

在输电线路的终端，接近负荷点，高压侧电压多为110kV，经降压后直接向用户供电的变电站。全站停电后，只是用户受到损失。

1.1.5 变电站发展

随着经济的发展，现代电网结构日趋复杂，电网容量不断扩大，对电网运行的可靠性要求也越来越高。而电力系统对变电站又提出了减人的要求，这两者之问的矛盾可以通过变电站自动化技术来解决。变电站综合自动化是将变电站的二次设备(包括测量仪表、信号系统、继电保护、自动装置和远动装置等)经过功能的组合和优化设计，利用先进的计算机，现代电子技术、通信技术和信号处理技术，实现对全变电站的主要设备和输、配电线路的自动监视、测量、自动控制和微机保护，以及与调度通信等综合性的自动化功能。

1.1.6 本变电站设计要求

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重要的降压变电所，它主要担任220kV及100kV两电压等级功率交换，把接受功率全部送往110kV侧线路。

2.原始资料

本所位于市郊区，稻田、丘陵，所址工程情况良好，处于地区网络枢纽点上，

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具有220kV、110kV、及10kV三个电压等级，220kV侧以接受功率为主，10kV主要用于所用电以及无功补偿。

2.1 建站规模

近期设主变为2×120MVA，电压比为220/121/10.5kV，容量比为100/100/本期工程一次建成，设计中留有扩建的余地：

调相机为2×60MVAR，本期先建成一台。 220kV出线本期5回，最终8回； 110kV出线共10回，一次建成； 所用电按调相机的拖动设备为主来考虑。

系统负荷功率因数为0.9，最大负荷利用小时数为5300小时，同时率为0.9，每回最大负荷为：

第一回（九江I）输送200MW 第二回（九江II）输送200MW 第三回（柘林）输送180MW 第四回（昌东）输送150MW 第五回（南昌电厂）输送100MW 第六回（西效I） 第七回（西效II） 第八回（备用）

110kV的最大地区负荷，近期为200MW，远期300MW，负荷功率因数为0.85,最大负荷利用小时数为5300小时,同时率为0.9,每回最大负荷为:

第一回(每岭)输送80MW 第二回(乐化)输送80MW 第三回(新期周)输送40MW 第四回(象山)输送45MW 第五回(水泥厂)输送60MW 第六回(双港澳)输送60MW 第七回(南电)输送60MW

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第八回(化工区备用I)输送40MW 第八回(化工区备用II)输送40MW 第八回(化工区备用III)输送40MW

2.2系统和保护要求

220kV 各线在Ｂ、Ｃ相有载波通道，在Ａ、Ｂ相有保护通道。线路对侧有电源，要求同期，电压互感器装于Ａ相。

110kV梅岭、南电两回路对侧有电源，要求同期，电压互感器装于各线路Ａ相。

其他所用负荷按典型所用电考虑。

2.3主要技术参数

（1）主变型号：OSFPS7-120000/220

额定容量：高压：220±2×2.5％kV 中压：121kV 低压：10.5kV 联接组标号：YN，yn，d11

阻抗电压％，高－低：28－34％，高－中：8－10％，中－低：18-24％ 空载电流：0.8％ 空载损耗：70kV 短路损耗：320kV （2）母线技术参数：

a）220kV母线选用LGJ-400/95型钢芯铝绞线，其技术参数如下： 最高允许温度70度，25度下允许截面流量960Ａ，集肤系数1，计算截面501.2mm

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b）110kV母线选用LGJ800/100型钢芯铝绞线，其技术参数如下： 最高允许温度70度，25度下允许截面流量1402Ａ，集肤系数1，计算截面6.05mm

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c）10kV母线用LMR竖放式单条矩形导体，其技术参数如下：宽×厚（mm）40×4长期允许载流量480Ａ。

3.主接线的选择

3.1 电气主接线的概念及其重要性

在发电厂和变电所中，发电机、变压器、断路器、隔离开关、电抗器、互感器、避雷器等高压电气设备，以及将它们连接在一起的高压电缆和母线，构成了电能生产、汇集和分配的电气主回路。这个电气主回路被称为电气一次系统，又叫做电气主接线。选择何种电气主接线，是发电厂、变电所电气部分设计中的重要问题，对各种电气设备的选择、配电装置的布置、继电保护和控制方式的拟定等都有决定性的影响。

3.2 主接线的设计原则

(1)考虑变电站在电力系统的地位和作用

变电站在电力系统中的地位和作用是决定主接线的主要因素。变电站是枢纽变电站、地区变电站、终端变电站、企业变电站还是分支变电站，由于它们在电力系统中的地位和作用不同，对主接线的可靠性、灵活性、经济性的要求也不同。

(2)考虑近期和远期的发展规模

变电站主接线设计应根据5~10年电力系统发展规划进行。应根据负荷的大小和分布、负荷增长速度及地区网络情况和潮流分布，并分析各种可能的运行方式，来确定主接线的形式及站连接电源数和出线回数。

(3)考虑负荷的重要性分级和出线回路多少对主接线的影响

对一、二级负荷，必须有两个电源供电，且当一个电源失去后，应保证全部一、二级负荷不间断供电；三级负荷一般只需一个电源供电。

(4) 考虑主变台数对主接线的影响

变电站主变的容量和台数，对变电站主接线的选择将产生直接的影响。通常对大型变电站，由于其传输容量大，对供电可靠性高，因此，其对主接线的可靠性、灵活性的要求也高。而容量小的变电站，其传输容量小，对主接线的可靠性、

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灵活性要求低。

(5)考虑备用量的有无和大小对主接线的影响

发、送、变的备用容量是为了保证可靠的供电，适应负荷突增、设备检修、故障停运情况下的应急要求。电气主接线的设计要根据备用容量的有无而有所不同，例如，当断路器或母线检修时，是否允许线路、变压器停运；当线路故障时是否允许切除线路、变压器的数量等，都直接影响主接线的形式

3.3 主接线的基本要求

（1）运行的的可靠

断路器检修时是否影响供电；设备和线路故障检修时，停电数目的多少和停电时间的长短，以及能否保证对重要用户的供电。 （2）灵活性

主接线正常运行时可以根据调度的要求灵活的改变运行方式，达到调度的目的，而且在各种事故或设备检修时，能尽快地退出设备。切除故障停电时间最短、影响范围最小，并且再检修时可以保证检修人员的安全。 （3）操作应尽可能简单、方便

主接线应简单清晰、操作方便，尽可能使操作步骤简单，便于运行人员掌握，复杂的接线不仅不便于操作，还往往会造成运行人员的误操作而发生事故。但接线过于简单可能又不能满足运行方式的需要，而且也会给运行造成不便或造成不必要的停电。 （4）经济上合理

主接线在保证安全可靠、操作灵活方便的基础上，还应使投资和年运行费用小，占地面积最少，使其尽地发挥经济效益。 （5）应具有扩建的可能性

由于我国工农业的高速发展，电力负荷增加很快。因此，在选择主接线时还要考虑到具有扩建的可能性。变电站电气主接线的选择，主要决定于变电站在电力系统中的地位，环境、负荷的性质、出线数目的多少、电网的结构等。 因此，必须正确处理各方面的关系，全面分析有关影响因素，通过技术经济比较，合理确定主接线方案。

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3.4 各种接线形式的特点

单母分段接线

（1）优点：

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。

当一段母线发生故障，分段断路器自动将故障段切除，保证正常段母线不间断供电和不致使重要用户停电。 （2）缺点：

当一段母线或母线隔离开关故障或检修时，该段母线的回路都要在检修期间内停电。

当出线为双回路时，常使架空线路出现交叉跨越。扩建时需向两个方向均衡扩建。

（3）适用范围：

6-10kV配电装置的出线回路数不超过5回时。 35-63kV配电装置的出线回路数不超过3回时。 110-220kV配电装置的出线回路数不超过2回时。

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双母线接线

（1） 优点：供电可靠、调度灵活、扩建方便、便于试验。 （2） 缺点：

增加一组母线和使用回路就需要增加一组母线隔离开关。 当母线故障或检修时，隔离开关作为倒换操作电器，容易误操作。 （3） 适用范围：

6-10kV配电装置，当短路电流较大，出线需要带电抗器时。

35-63kV配电装置，当出线回路数超过8回时，或连接的电源较多，负荷较大时。110-220kV配电装置的出线回路数为5回及以上时：或当110-220配电装置，在系统中居重要地位，出线回路数为4回及以上时。

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单母线分段带旁路母线

双母带旁路接线

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単母接线

3.5 变电所的设计方案

（1）高压侧采用双母线带旁路母线，中压侧采用单母线接线，低压侧采用单母线连接。

（2）高压侧采用双母线，中压侧采用单母线分段，低压侧采用单母线分段连接。

（3）高压侧采用双母线带旁路母线母联兼旁母，中压侧采用单母线连接，低压侧采用单母线连接。

对以上三种设计方案进行经济和技术比较并且最终确定该变电所的主接线方案。方案（1）采用双母线而且使用了单独的旁路断路器，与方案（2）和方案比明显增加了建设成本，不满足设计规则中经济性的要求：技术上，该方案明显增加了运行及其维护的复杂性，不利于其维护和管理。所以此方案首先排除。 方案（3）的中压侧因为出线相对较少采用单母线接线。然而，该变电所处于城市近郊且位于开发区附近。因此，随着城市规模的扩大及开发区的发展单母线的接线方式不能满足该地区的发展要求，110千伏线路属于向重要负荷供电，所以也不能满足供电可靠性的需求。同时，其高压侧的接线形式使得其运行和维护相对方案（2）也相对复杂。随着断路器技术的发展，其动作可靠性有所提高，也就没有装设旁路母线的必要。所以该方案排除，方案（2）的低压侧采用单母线分段接线并且加装了限流电抗器，减小了短路电流保证了供电的可靠性。与其它两个方案相比既减少了投资有利于变电所的后期运行和维护以及相关的技术性

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工作。同时还大到了设计要求中的经济性要求。通过比较确定的主接线的设计方案为方案2。

电气主接线图

4. 主变压器的选择 4.1 主变压器的选择

在各种电压等级的变电站中，变压器是主要电气设备之一，其担负着变换

网络电压，进行电力传输的重要任务。确定合理的变压器容量是变电所安全可靠供电和网络经济运行的保证。因此，在确保安全可靠供电的基础上，确定变压器的经济容量，提高网络的经济运行素质将具有明显的经济意义。

4.2 主变压器台数的选择

为保证供电可靠性，变电站一般装设两台主变，当只有一个电源或变电站可由低压侧电网取得备用电源给重要负荷供电时，可装设一台。本设计变电站有两

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回电源进线，且低压侧电源只能由这两回进线取得，故选择两台主变压器。

4.3 主变压器型式的选择

(1) 相数的确定

在330kV及以下的变电站中，一般都选用三相式变压器。因为一台三相式变压器较同容量的三台单相式变压器投资小、占地少、损耗小，同时配电装置结构较简单，运行维护较方便。如果受到制造、运输等条件时，可选用两台容量较小的三相变压器，在技术经济合理时，也可选用单相变压器。

(2) 绕组数的确定

在有三种电压等级的变电站中，如果变压器各侧绕组的通过容量均达到变压器额定容量的15%及以上，或低压侧虽然无负荷，但需要在该侧装无功补偿设备时，宜采用三绕组变压器。

(3) 绕组连接方式的确定

变压器绕组连接方式必须和系统电压相位一致，否则不能并列运行。电力系统采用的绕组连接方式只有星接和角接，高、中、低三侧绕组如何组合要根据具体工程来确定。我国110kV及以上电压，变压器绕组都采用星接，35kV也采用星接，其中性点多通过消弧线圈接地。35kV及以下电压，变压器绕组都采用角接。

(4) 结构型式的选择

三绕组变压器在结构上有两种基本型式。

1) 升压型。升压型的绕组排列为：铁芯—中压绕组—低压绕组—高压绕组，高、中压绕组间距较远、阻抗较大、传输功率时损耗较大。

2) 降压型。降压型的绕组排列为：铁芯—低压绕组—中压绕组—高压绕组，高、低压绕组间距较远、阻抗较大、传输功率时损耗较大。

3) 应根据功率传输方向来选择其结构型式。变电站的三绕组变压器，如果以高压侧向中压侧供电为主、向低压侧供电为辅，则选用降压型；如果以高压侧向低压侧供电为主、向中压侧供电为辅，也可选用升压型。

(5) 调压方式的确定

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变压器的电压调整是用分接开关切换变压器的分接头，从而改变其变比来实现。无励磁调压变压器分接头较少，且必须在停电情况下才能调节；有载调压变分接头较多，调压范围可达30%，且分接头可带负荷调节，但有载调压变压器不能并联运行，因为有载分接开关的切换不能保证同步工作。根据变电所变压器配置，应选用无载调压变压器。

4.4主变压器容量的选择

变电站主变压器容量一般按建站后5~10年的规划负荷考虑，并按其中一台停用时其余变压器能满足变电站最大负荷Smax的50%~70%（35~110kV变电站为60%），或全部重要负荷（当Ⅰ、Ⅱ类负荷超过上述比例时）选择。 即 SN0.6(15%)8Smax(N1)MVA （4.1）

式中 N——变压器主变台数

4.5 主变压器型号的选择

10kV侧 S10kV =0.85{(4+3+3.5+3.2+3.4+5.6+7.8)×0.85+3/9×4}×(1+5%) =30.85MVA

35kV侧S35kV=0.9{(6+6+5+3)/0.9+(2.6+3.2)/0.85}×(1+5%) =27.16MVA 所以变电站最大负荷Smax为： Smax=30.85+27.16=58.01 MVA

则：SN0.6(15%)8Smax(N1)MVA=0.6×58.01/(2-1)=34.806MVA

由以上计算，查《发电厂电气部分》第481页，选择主变压器型号如

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表1.1主变压器型号及参数

型号 额定容量（kVA） 额定电压(kV) 空载电流(%) 空载损耗(kV) 短路损耗(kV) 阻抗电压(%) 连接组标号 高压 中压 低压 高-中 高-低 中-低 OSFPS7-20000/220

20000 220±2×2.5％ 121 10.5 0.8 70 320 8－10 28－34 18-24 YN，yn，d11 电压比为220/121/10.5kV，容量比为100/100/50

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结束语

经过这次的毕业设计，我不但温习了以前学过的知识，而且又学习了很多相 关的专业资料知识，加深了对理论知识的理解，也深刻地理解了理论与实践结合 并不是一件容易的事。

毕业设计是在完成了理论课程和毕业实习的基础上对所学知识 一次综合性的总结，是工科学生完成基础课程之后，将理论与实践有机联系起来的一个重要环节，是为以后走向工作岗位能更好的服务社会打下基础是重要环节。通过本次毕业设计，我树立了工程观点，能初步联系实际，基本掌握了220kV 变电站电气主接线设计的基本步骤和方法，并在分析、计算和解决实际工程能力等方面得到训练，进一步巩固了电力生产的专业知识，掌握了工程绘图、方法，掌握了科技论文写作的一般知识及科技文献资料的查找技巧，为以后从事设计、运行和科研工作，奠定必需的知识基础。220kV 变电站初步设计的过程，是对所学知识进行的一次检验和实践，从而使电力专业知识得到巩固和加深，逐步提高了分析问题和解决问题的能力在设计的过程中，我查阅了大量的文献资料，积累了丰富的第一手材料，在主接线设计、主变器选择等具体设计任务中进行了大量的比较、计算、优化有效的培养了自己分析问题、解决问题的能力，并使专业知识得到巩固和升华，但在本次设计中仍有不足与疏漏。在设计过程中，虽然有老师的耐心讲解，有大量的文献资料可供查阅，但对于一些具体问题，复杂网络的短路电流计算等，仍感觉吃不透，我将在以后的工作、学习中扬长避短，发扬严谨的科学态度，使所到的知识不断升华。

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参考文献

[1]冯金光，王士政.发电厂电气部分 .华北：华北水利水电学院出版社，2002 年 [2]于水文，杨绮雯.电力系统分析.北京：中国电力出版社，2007年 [3]马永翔，电力系统继电保护.重庆：重庆大学出版社，2004年

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