220kV變電站電氣一次初步設計 李輝,220kV變電站電氣一次初步設計,李輝,kv,變電站,電氣,一次,初步設計 華北電力大學科技學院本科畢業(yè)設計 論文 I 畢 業(yè) 設 計 論文 題目 220kV 變電站電氣一次初步設計 系 別 電力工程系 專業(yè)班級 電氣 07K6 學生姓名 李輝 指導教師 胡永強 二 一一年六月 華北電力大學科技學院本科畢業(yè)設計 論文 II 變電所電氣一次系統(tǒng)設計 摘要 電力工業(yè)是國民經(jīng)濟發(fā)展的基礎工業(yè) 也是現(xiàn)代城市發(fā)展的主要能源和動力 隨著 經(jīng)濟的發(fā)展和現(xiàn)代工業(yè)建設的迅速崛起 供電系統(tǒng)的設計越來越全面 系統(tǒng) 工廠用電 量迅速增長 對電能質(zhì)量 技術經(jīng)濟狀況 供電的可靠性指標也日益提高 因此對供電 設計也有了更高 更完善的要求 供電系統(tǒng)的核心部分是變電所 因此設計和建造一個 安全 經(jīng)濟的變電所是極為重要的 變電站是電力系統(tǒng)的一個重要組成部分 由電器設備及配電網(wǎng)絡按一定的接線方式 所構成 他從電力系統(tǒng)取得電能 通過其變換 分配 輸送與保護等功能 然后將電能 安全 可靠 經(jīng)濟的輸送到每一個用電設備的轉換場所 本次設計的主題是 220kV 降壓 變電所電氣一次系統(tǒng)設計 除了注重變電所設計的基本計算外 對于電氣主接線的選擇 和論證等都做了充分的說明 本變電所的初步設計包括了 變電所主接線方案的選擇 變電所主變壓器臺數(shù) 容量 和型式的確定 短路點的確定和短路電流的計算 電氣設備的選擇 配電裝置設計和總 平面布置 防雷保護和接地系統(tǒng)的設計 另外繪制了幾張圖紙 包括 電氣主接線圖 電氣總平面布置圖 斷面圖 圖紙規(guī)格與布圖規(guī)范都按照電力系統(tǒng)相關的圖紙要求來進 行繪制 關鍵詞 變電站 短路計算 設備選擇 電氣主接線 總平面布置 華北電力大學科技學院本科畢業(yè)設計 論文 III A DESIGN OF ELETRIC SYSTEM FOR SUBSTATION ABSTRACT Electric power industry is the foundation of industrial development of the national economy also the development energy and the power of the modern urban Along with the economic development and the modern industry developments of quick rising the design of the power supply system become more and more completely and system Because the quickly increase electricity of factories it also increases seriously to the dependable index of the economic condition power supply in quantity The power supply system s hard core is a transformer substation Therefore designs and constructs a security and economical transformer substation is great importance The substation is an importance part of the electric power system it is consisted of the electric appliances equipments and the Transmission and the Distribution It obtains the electric power from the electric power system through its function of transformation and assign transport and safety This design s subject is a design of electric system for 220kV step down transformer substation Besides paying great attention on the basic computation of the transformer substation design and so on has given the full explanation on regarding the main wirings choice and the proof This first step of design included Transformer substation main wiring plan choice Transformer substation main transformer number capacity and pattern determination Short dot determination and short circuit computation Electrical equipment s choice Power distribution equipment design and total plane layout Anyi radar protection and earth system s design Moreover has drawn up some blueprints including Electrical main wiring diagram electrical total floor plan 220kV wiring sectional drawing The blueprint specification and the butut all standard deferred to the electrical power system related blueprint request to carry on the plan Keywords Transformer substation Short circuit computation Unit select Electrical main wiring Total plane layout 華北電力大學科技學院本科畢業(yè)設計 論文 目 錄 摘要 I ABSTRACT II 前言 3 原始數(shù)據(jù) 2 1 電氣主接線選擇 3 1 1 概述 3 1 1 1 可靠性 3 1 1 2 靈活性 3 1 1 3 經(jīng)濟性 3 1 2 主接線的接線方式選擇 4 1 2 1 單母線接線 4 1 2 2 單母分段接線 4 1 2 3 橋形接線 4 1 2 4 角形接線 4 1 2 5 一臺半斷路器 3 2 接線 5 1 2 6 雙母接線 5 1 2 7 雙母線分段接線 5 2 主變壓器容量 臺數(shù)及型式的選擇 6 2 1 概述 6 2 2 主變壓器臺數(shù)的選擇 6 2 3 主變壓器容量的選擇 6 2 4 主變壓器型式的選擇 7 2 4 1 主變壓器相數(shù)的選擇 7 2 4 2 繞組數(shù)的選擇 7 2 4 3 主變調(diào)壓方式的選擇 8 2 4 4 連接組別的選擇 8 2 4 5 容量比的選擇 8 2 4 6 主變壓器冷卻方式的選擇 8 3 短路電流計算 9 3 1 概述 9 3 2 短路計算的目的及假設 9 3 2 1 短路電流計算是變電所電氣設計中的一個重要環(huán)節(jié) 9 3 2 2 短路電流計算的一般規(guī)定 9 華北電力大學科技學院本科畢業(yè)設計 論文 3 2 3 短路計算基本假設 10 3 2 4 基準值 10 3 2 5 短路電流計算的步驟 10 4 電氣設備的選擇 11 4 1 概述 11 4 1 1 一般原則 11 4 1 2 技術條件 11 4 2 斷路器的選擇 12 4 3 隔離開關的選擇 12 4 4 互感器的選擇 13 4 4 1 電流互感器的選擇 13 4 4 2 電壓互感器的選擇 14 4 5 母線的選擇 15 4 5 1 裸導體的選擇條件和校驗 15 4 5 2 母線及電纜截面的選擇 15 4 6 支持絕緣子的選擇 16 5 防雷保護設計 17 5 1 防雷保護的設計 17 5 2 主變中性點放電間隙保護 17 5 3 避雷器的選擇 17 5 4 避雷針的配置 17 6 接地網(wǎng)的設計 19 6 1 設計說明 19 6 2 接地體的設計 19 6 3 典型接地體的接地電阻計算 19 7 電氣總平面布置及配電裝置的選擇 20 7 1 概述 20 7 2 高壓配電裝置的選擇 20 7 3 電氣總平面布置 23 8 主接線比較選擇 24 9 主變?nèi)萘康拇_定計算 30 9 1 變壓器容量的選擇 30 9 2 主變?nèi)萘勘鹊拇_定 30 10 短路計算 31 10 1 計算變壓器各繞組電抗 31 華北電力大學科技學院本科畢業(yè)設計 論文 10 2 計算系統(tǒng)及線路阻抗 32 10 3 220kV 側短路電流 32 10 4 110kV 側短路電流 33 10 5 6kV 側短路電流 34 11 導體和電氣設備選擇計算 36 11 1 斷路器的選擇計算 36 11 1 1 220kV 側斷路器的選擇計算 36 11 1 2 110kV 側斷路器的選擇計算 36 11 1 3 35kV 側斷路器的選擇計算 37 11 2 隔離開關選擇計算 38 11 2 1 220kV 隔離開關選擇計算 38 11 2 2 110kV 隔離開關選擇計算 39 11 2 3 35kV 隔離開關選擇計算 39 11 3 電流互感器的選擇計算 40 11 3 1 220kV 側電流互感器的選擇計算 40 11 3 2 110kV 側電流互感器的選擇計算 41 11 3 3 35kV 側電流互感器的選擇計算 41 11 4 電壓互感器選擇計算 42 11 4 1 220kV 側電壓互感器的選擇計算 42 11 4 2 110kV 側電壓互感器的選擇計算 42 11 4 3 35kV 側電壓互感器的選擇計算 43 11 5 220kV 110kV 35kV 側母線選擇計算 43 11 5 1 220kV 側母線的選擇 43 11 5 2 110kV 側母線的選擇 45 11 5 3 35kV 側母線的選擇 46 11 6 支持絕緣子的選擇 47 12 經(jīng)濟性比較 48 13 避雷器及避雷針的選擇 50 13 1 避雷器的選擇 50 13 2 避雷針的選擇 51 14 接地網(wǎng)設計計算 53 結束語 55 參考文獻 55 致謝 56 華北電力大學科技學院本科畢業(yè)設計 論文 1 前言 本次畢業(yè)設計 目的在于鞏固自己的專業(yè)知識 因為我的設計同專業(yè)知識聯(lián)系非常 緊密 這就使我在進行畢業(yè)設計的同時 又對電力系統(tǒng) 電氣設備等專業(yè)課進行了復習 提高了自己的專業(yè)基礎水平 同時通過設計使我熟悉了設計過程 掌握了基本的設計知 識 熟悉了相關的設計手冊 輔助資料和國家有關規(guī)章制度 本次畢業(yè)設計是在完成本專業(yè)所有課程后進行的綜合能力考核 內(nèi)容為 220kV 降壓 變電所電氣一次系統(tǒng)設計 并根據(jù)變電所設計的基本原理設計 務求掌握常規(guī)變電所的 電氣一次系統(tǒng)的原理及設計過程 通過對原始資料的分析 主接線的選擇及比較 短路 電流的計算 主要電器設備的選擇及校驗 線路圖的繪制以及避雷器 避雷針的選擇等 步驟 最終確定了 220kV 變電站所需的主要電器設備 主接線圖以及變電站防雷保護方 案 華北電力大學科技學院本科畢業(yè)設計 論文 2 原始數(shù)據(jù) 1 變電站類型 220kV 降壓變電所 2 電壓等級 220 110 35kV 3 負荷情況 110kV 最大 160MW 最小 100MW Tmax 5000 小時 cos 0 9 35kV 最大 70MW 最小 30MW Tmax 4100 小時 cos 0 85 4 出線情況 1 220kV 側 2 回 2 110kV 側 10 回 3 35kV 側 6 回 5 系統(tǒng)情況 1 歸算至 220kV 母線的系統(tǒng)短路電抗標幺值為 0 2 SB 100MVA 2 歸算至 110kV 母線的系統(tǒng)短路電抗標幺值為 0 22 SB 100MVA 6 環(huán)境條件 同本地條件 1 最高溫度 40 最低溫度 30 年平均溫度 20 2 土壤電阻率 Z1 1119 892 萬元 u2 104 63 萬元 u2 104 4 萬元 綜上比較 可知方案 1 為最經(jīng)濟方案 華北電力大學科技學院本科畢業(yè)設計 論文 50 13 避雷器及避雷針的選擇 13 1 避雷器的選擇 220kV 母線接避雷器的選擇及校驗 由 查書選 如下表 13 1 所示 20nUkV 20FZJ 表 13 1 的技術數(shù)據(jù)20J 工頻放電電壓 kV 型號 組合方式 額定電壓 kV 滅弧電壓 kV 不小于 不大于20FZJ 8 FZ 30J 220 200 448 536 檢驗 1 滅弧電壓 其中 為導線對地相電壓 為系數(shù) 當導線對地相電壓最大mixgUk xg k 時為 1 因為 2017 23xg V 20miUV 所以 mixgUk 2 工頻放電電壓下限 5gf 因為 448kV gfx 203 4 563fx kV 所以 gfxxgU 則可選此型號 由 查書選 如下表 11 1 所示 10nUkV 10FZJ 表 13 2 的技術數(shù)據(jù)10J 工頻放電電壓 kV 型號 組合方式 額定電壓 kV 滅弧電壓 kV 不小于 不大于 華北電力大學科技學院本科畢業(yè)設計 論文 51 10FZJ 4 FZ 30J 110 100 224 268 檢驗 1 滅弧電壓 其中 為導線對地相電壓 為系數(shù) 當導線對地相電壓最大mixgUk xg k 時為 1 因為 kV1064 713xgV 0miU 所以 mixgk 2 工頻放電電壓下限 5gf 因為 224kV 所以gfxU103 2 83fx kV 3 5gfx 則可選此型號 35kV 母線接避雷器的選擇及校驗 由 kV 查書選 FZ 35 型 如下表所示 10nU 表 13 3FZ 35 的技術數(shù)據(jù) 工頻放電電壓 kV 型號 組合方式 額定電壓 kV 滅弧電壓 kV 不小于 不大于 FZ 35 152 FZ35 41 84 104 檢驗 1 滅弧電壓 mixgUk 因為 VKxg21 0351 kVUmi35 所以 mixgk 2 工頻放電電壓下限 5gf 因為 84kV gfxUkVUgfx73 03 所以 5gfxxg 則可選此型號 避雷器型號一覽表 表 13 4 各電壓等級選用避雷器型號 型號 組合方式 額定電壓 kV 滅弧電壓 kV 工頻放電電壓 kV 華北電力大學科技學院本科畢業(yè)設計 論文 52 不小于 不大于20FZJ 8 FZ 30J 220 200 448 5361 4 FZ 15 110 100 224 268 FZ 35 15 FZ35 41 84 104 13 2 避雷針的選擇 為了對本站覆蓋 采用四支避雷針 被保護變電所總長 103 8m 寬 91m 如圖所示 1 的確定 xr 公式為 13 1 1 6axhp 在被保護高度 平面上的保護半徑 m xr x 被保護高度 m h 避雷針高度 m 避雷針有效高度 m ax 本站被保護的最高高度為 15m 避雷針高度 50m 因為 所以 30h 5 ph mxa 315 計算得 r6 2 的確定 xb 的尺寸由相鄰兩支避雷針的裝設條件決定 即針尖距離和避雷針保護物體的有效 長度來決定 兩避雷針間 水平面上的保護范圍最小寬度為 xh2xb 公式為 13 2 1 57xDbP 避雷針高度 m h 被保護高度 m x 兩者距離 m 計算得 當 為 134 3m 時 Dmbx5 16 當 為 163m 時 9 1 與 2 rx3mbx5 16 2 與 3 9 3 與 4 mx6 x 4 與 1 華北電力大學科技學院本科畢業(yè)設計 論文 53 保護全面積的校驗 條件為 13 3 8aDhp 其中 為通過三支避雷針所形成的三角形頂點圓的直徑 D ma25 1363 1422 所以滿足條件 綜上所述 該布置方案可以保護本站 14 接地網(wǎng)設計計算 本次設計采用先在底下深為 h 的水平面上敷設方格形狀的水平接地體 如下圖 14 1 所示 俯視圖 圖 14 1 調(diào)整水平接地體的間距可以改變水平接地體電阻的阻值 然后再在兩水平接地體的相 交處敷設垂直接地體 如下圖 14 2 所示 俯視圖 華北電力大學科技學院本科畢業(yè)設計 論文 54 圖 14 2 設水平接地體的間距為 9m 則應敷設水平接地體 根 為取整符號 由于 103 89101 所以接地網(wǎng)比變電站小一點 水平接地體埋設深度 9 取 采用寬度為 40mm 厚度為 4mm 的扁鋼 垂直接地體采用0 8hm 的角鋼 長度為 2 5m 已知土質(zhì)為黏土 4 20m 垂直接地體的電阻值 0 84 04 36db 2 5lnln7 621R 取 得 7 7 6 90z 水平接地體的電阻值 19423Lm 0db 取 得 2 14A 2 296lnln 140 3 14 08RAh 總的接地電阻阻值為以上兩個電阻的并聯(lián) 0 90 28 54z 滿足要求 華北電力大學科技學院本科畢業(yè)設計 論文 55 結束語 經(jīng)過了三個月的學習和工作 我終于完成了變電所電氣一次系統(tǒng)的設計 從開始接 到論文題目到設計方案的確定 再到論文文章的完成 每走一步對于我來說都是新的嘗 試和挑戰(zhàn) 這也是我在大學期間獨立完成的最大項目 在這段時間里 我學到了很多知 識也有很多感受 通過這次設計我開始獨立的學習和探索 查看相關的資料和書籍 讓 自己從頭腦模糊到逐漸清晰 使自己的設計逐步完善起來 每一次改進都使我收益頗豐 從中我也了解到變電所設計的重要性 雖然我的設計不是很成熟 還有很多不足之處 但是我付出了自己的勞動 這是我 引以自豪的地方 我相信只有經(jīng)歷過的人才會明白其中的酸甜苦辣 這次做設計的經(jīng)歷也使我終身受益 我感受到做設計是要真正用心去做的一件事 是真正的自習學習的過程和研究的過程 沒有學習就不可能有研究的能力 對自己的研 究就不會有所突破 那也就不叫設計 希望這次經(jīng)歷能讓我在以后的工作學習中激勵我 繼續(xù)進步 參考文獻 1 熊信銀 發(fā)電廠電氣部分 中國電力出版社 2004 2 西安交通大學 短路電流實用計算 水利電力出版社 1979 華北電力大學科技學院本科畢業(yè)設計 論文 56 3 電力工業(yè)部西北電力設計院 電氣工程設計手冊電氣一次部分 上?？茖W技術出版社 1980 4 丁毓山 雷振山 中小型變電所實用設計手冊 中國水利水電出版社 2000 5 水利電力部西北電力設計院 電力工程設計手冊 上海人民出版社 1974 6 陳珩 電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析 第三版 中國電力出版社 2007 7 草繩敏 電力系統(tǒng)課程設計及畢業(yè)設計參考資料 水利電力出版社 1995 8 電力工業(yè)部西北電力設計院 電氣工程設計手冊電氣一次部分 上?？茖W技術出版社 1980 9 王輯祥 梁志堅 電氣接線原理及運行 中國電力出版社 2005 10 李梅蘭 李麗嬌 發(fā)電廠變電所畢業(yè)設計指導書 中國電力出版社 2008 11 何仰贊 電力系統(tǒng)分析 華中科技大學出版社 2002 12 李光琦 電力系統(tǒng)暫態(tài)分析 第三版 中國電力出版社 2007 13 丁毓山 10 220kV 變電所設計 遼寧科學技術出版社 1993 14 西北電力設計院 發(fā)電廠變電所電氣接線和布置 水利電力出版社 1979 15 黃純?nèi)A 發(fā)電廠電氣部分課程設計參考資料 中國電力出版社 1998 16 劉振亞 國家電網(wǎng)公司輸變電工程典型設計 220kV 變電站分冊 中國電力出版社 2005 致謝 本論文是在胡永強老師的悉心指導下完成的 在此我首先對胡老師表示最誠摯的謝 意 在整個畢業(yè)設計的過程中 特別感謝胡永強老師給與的指導與幫助 從畢業(yè)題目的 選取到最后論文的完成 曾多次與老師討論交流 胡老師多次詢問設計進程 并為我指 點迷津 幫助我開拓設計思路 精心點撥 熱忱鼓勵 許多問題在老師的教導下都迎刃 而解 更重要的是在交流中學到了思考問題的角度和解決問題的方法 大學生活即將結束 在此深深地感謝父母對我學業(yè)的支持 以及那些關心我 幫助 過我的人們 這篇論文凝聚了我整個大學知識的精華 在我精心準備 努力奮斗下完成 的 以此作為我的畢業(yè)獻禮 在論文收集資料和撰寫過程中 我也得到了同學的熱心幫助和指導 在此向他們表 示衷心的感謝 本文參考了許多專家 學者的研究成果和大量報刊 雜志的相關資料 在此一并表 示感謝