220kV變電所設(shè)計畢業(yè)設(shè)計.docx

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1、220kV變電站設(shè)計43第一章 緒 論1.1 選題背景與意義1.1.1 選題背景隨著智能電網(wǎng)和特高壓電網(wǎng)的大力推進，電網(wǎng)規(guī)模正日益快速增長。變電站作為電能傳輸?shù)年P(guān)鍵節(jié)點，起到了升壓或者降壓的作用，使電能在一個合適的電壓等級水平傳輸以達到降低損耗的目的。設(shè)計合理的變電站能夠帶來巨大的經(jīng)濟效益和社會效益，設(shè)計不合理的變電站或者是變電站設(shè)計的失誤往往會給國民經(jīng)濟造成無法挽回的損失。目前，隨著我國城鄉(xiāng)電網(wǎng)建設(shè)與改革工作的推進，除了常規(guī)變電站之外，還出現(xiàn)了微機變電站、綜合自動化變電站和無人值班變電站等，為保持國民經(jīng)濟持續(xù)健康發(fā)展，在新形式下，必須更加關(guān)注變電站設(shè)計。變電技術(shù)與電網(wǎng)發(fā)展以及設(shè)備制造水平密切

2、相關(guān)。近年來，隨著智能電網(wǎng)和特高壓電網(wǎng)的大力推進，電網(wǎng)規(guī)模正日益快速增長。目前我國已建成的500kV變電站有近200座，220kV變電站也有幾千座；500kV網(wǎng)架已成為主要的輸電網(wǎng)絡(luò)，各區(qū)域之間實現(xiàn)了聯(lián)網(wǎng)，最終將實現(xiàn)全國電網(wǎng)互聯(lián)。隨著電氣設(shè)備制造水平的不斷提高，設(shè)備性能和質(zhì)量也都有了較大的提升。除了傳統(tǒng)的高壓設(shè)備外，智能、自動、數(shù)字化的高壓配電裝置也都有了新的發(fā)展；計算機監(jiān)控的微機保護已經(jīng)在電力系統(tǒng)中得到了全面推廣采用。變電站規(guī)劃設(shè)計需滿足可靠性、經(jīng)濟性、靈活性的要求。其中，可靠性是指規(guī)劃方案要能滿足正常運行和事故擾動下的要求；經(jīng)濟性是指規(guī)劃方案考慮投資和年運行費后的年費用最小；靈活性是指規(guī)劃

3、方案不僅要適應(yīng)調(diào)度運行可能發(fā)生的各種運行方式，而且要便于過渡，且能應(yīng)對規(guī)劃中電源和負荷的適度變化。由于可靠性、靈活性、經(jīng)濟性三者之間相互制約，并常常會發(fā)生矛盾，故需權(quán)衡利弊，盡量達到綜合最優(yōu)。近年來，我國電網(wǎng)供電可靠性有了大幅提高，電網(wǎng)的穩(wěn)定運行，為我國經(jīng)濟發(fā)展打下了堅實基礎(chǔ)。在未來，隨著經(jīng)濟與科學(xué)技術(shù)水平的發(fā)展，變電技術(shù)還將有新的突破，同時也將給電力工程技術(shù)人員提出一些需要解決的問題，例如：提升電壓等級、站點選擇如何深入負荷中心、進入市區(qū)如何減少占地問題；在電網(wǎng)聯(lián)系變得越來越密切的情況下，如何解決發(fā)生事故時故障的快速切除、故障點的隔離以保證電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定問題；電網(wǎng)短路電流水平不斷提升，如何

4、限制短路電流大小問題；在保證供電可靠性前提下，如何恰當(dāng)選擇電氣主接線和設(shè)備、降低工程造價問題等。1.1.2 選題意義大學(xué)四年完成了包含電路、電機學(xué)、發(fā)電廠電氣部分、電力系統(tǒng)分析（穩(wěn)態(tài)、暫態(tài)）、繼電保護等電力系統(tǒng)主干課程的學(xué)習(xí)，為以后從事電力系統(tǒng)方向的工作打下了良好的基礎(chǔ)。變電站設(shè)計涉及到多個方面的內(nèi)容，如變壓器選型，電氣主接線設(shè)計，短路電流計算，繼電保護配置以及高壓防雷知識等，幾乎涵蓋了本科期間所學(xué)的所有電力系統(tǒng)方面的內(nèi)容。通過本次畢業(yè)論文設(shè)計，可以加深對電力系統(tǒng)理論知識的理解，熟悉變電站設(shè)計的工作內(nèi)容，提高自己理論聯(lián)系實踐的技能，培養(yǎng)解決實際問題的能力，為以后走上工作崗位打下更加堅實的基礎(chǔ)，

5、都具有重要的實際意義。1.2 本文的主要工作本文以變電站設(shè)計為最終目的，在廣泛查閱文獻與技術(shù)手冊的基礎(chǔ)上，研究了變壓器選型，電氣主接線設(shè)計，短路電流計算，繼電保護配置以及高壓防雷保護配置等，主要開展了以下工作：第一章緒論。在論述了論文研究背景與意義的基礎(chǔ)上，明確了本文研究的主要內(nèi)容。第二章原始資料及數(shù)據(jù)分析。對本文待設(shè)計的變電站進行數(shù)據(jù)分析，為開展后續(xù)工作打好基礎(chǔ)。第三章主變壓器的選擇。根據(jù)待規(guī)劃變電站的地理位置、負荷情況、重要性等因素選擇主變壓器并確定其臺數(shù)、容量、型號、參數(shù)。第四章電氣主接線設(shè)計。在論述主接線方式及設(shè)計原則的基礎(chǔ)上，為本文待規(guī)劃變電站設(shè)計最優(yōu)的主接線形式，并做出住接線圖。第

6、五章短路電流計算。研究變電站各個電壓等級下的短路并計算最嚴重情況下的短路電流。第六章導(dǎo)體和電氣設(shè)備選擇。研究按照正常工作條件選擇，按照短路條件校驗的原則選擇待規(guī)劃變電站的導(dǎo)體和電氣設(shè)備。第七章繼電保護配置。當(dāng)電力系統(tǒng)發(fā)生故障時，為了及時將故障切除使故障部分免于繼續(xù)遭到損壞、非故障部分繼續(xù)運行，需要給變電站配置繼電保護裝置。第八章防雷保護。為待規(guī)劃變電站設(shè)計防雷保護，使變電站導(dǎo)體和電氣設(shè)備免遭雷電的損壞。第九章總結(jié)?？偨Y(jié)本文研究內(nèi)容及成果，并結(jié)合論文存在的不足，展望后期可進一步開展的研究工作。第二章 原始資料及數(shù)據(jù)分析2.1 原始資料（一）變電站性質(zhì)：本站為樞紐變電站，以110kV電壓等級向地區(qū)

7、用戶供電。（二）站址條件：建于大城市近郊，向市區(qū)用電和大工業(yè)用戶供電。地勢平坦，交通便利，有公路、鐵路經(jīng)過。最低溫度-30，最高氣溫+38，年平均氣度+10，最大風(fēng)速30m/s，覆冰厚度10 mm，土壤電阻率500. m，地震烈度 Imax=273.74 A(b) 開斷能力： Idu = 31.5 KA Ik = 13.68 KA(c) 關(guān)合能力： Igu = 80 kA ish=34.82 kA(d) 熱穩(wěn)定： Ig = 31.5 kA 由選擇結(jié)果表可見各項條件均能滿足，故選LW1220/2000型六氟化硫斷路器合格。() 隔離開關(guān)的選擇 由 UNS = 220kV Imax = 273.7

8、4A 查表可選GW4220/630型隔離開關(guān)。根據(jù)以知數(shù)據(jù)效核如下：(a) 工作電流： Imax = 273.74 A 630A(b) 動 穩(wěn) 定： ich = 34.82kA Imax=220.44A (b) 開斷能力： 18.4 kA (c) 動穩(wěn)定： ich = 14.627kA 55kA (d) 熱穩(wěn)定： 由選擇結(jié)果可見各項條件均能滿足要求，故選擇SW4110/1000型少油斷路器合格。6.5.2.2 隔離開關(guān)的選擇 選用GW4110D/60050型號隔離開關(guān)。額定電壓UN = 110KV，額定電流 IN=600KA，動穩(wěn)定電流ich = 50KA.。 校 驗：（a） 工作電流： Im

9、ax = 220.44A 600A（b） 動穩(wěn)定： ich = 14.627kA 50kA（c） 熱穩(wěn)定： 由此可見所選GW4110D/60050型號隔離開關(guān)合格。6.5.2.2 電壓和電流互感器的選擇依電壓互感器的選擇條件我們分別選出220kV、110KV、10kV壓互型號分別為：JCC1-220型油浸式、JCC2-110型油浸式、JSJW-10型三相五柱電壓互感器它們二次側(cè)電壓均為5A。 電流互感器的選擇： 線路保護： 選用 LCWB110B/300，0.2/P/P級 主變保護： 選用 LCWB110/300，0.5/D1/D2級6.5.3絕緣子和穿墻套管選擇220KV側(cè)支柱絕緣子所選型號

10、為：ZS-220/4型普通型棒式支柱絕緣子，穿墻套管選CRLQ1-220/1200型。110KV側(cè)支柱絕緣子所選型號為：ZS-110/4型普通型棒式支柱絕緣子，穿墻套管選CRLQ1-110/600型。10KV側(cè)支柱絕緣子所選型號為：ZS-10/4型普通型棒式支柱絕緣子，穿墻套管選CWWL-10/2000-2型。第七章 繼電保護配置7.1 概論電力系統(tǒng)中故障或擾動時有發(fā)生，如何保障電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行時一個必須要關(guān)注的問題。繼電保護裝置的作用是反映電力系統(tǒng)中電氣設(shè)備的故障或不正常的運行狀態(tài)，并動作于斷路器跳閘或發(fā)出信號；快速、有選擇的將故障元件從電力系統(tǒng)中切除，使故障元件免于繼續(xù)遭到損害，使非

11、故障元件繼續(xù)運行。繼電保護的配置的應(yīng)符合選擇性、速動性、靈敏性、可靠性四個基本要求。設(shè)計應(yīng)滿足繼電保護和安全自動裝置方面的技術(shù)規(guī)程。供電系統(tǒng)的繼電保護是保證安全供電的重要工具。電力系統(tǒng)中的電力設(shè)備和線路應(yīng)有主保護和后備保護以及必要時增設(shè)的輔助保護。主保護能快速并且有選擇地將故障元件從本段線路保護范圍內(nèi)切除。后備保護主保護或斷路器拒動時切除故障，作為主保護的后備保護。后備保護又可分為遠后備保護和近后備保護兩種形式。其中：遠后備指當(dāng)主保護或斷路器拒動時，由相鄰設(shè)備或線路的保護動作來切除故障實現(xiàn)后備；近后備指當(dāng)主保護拒動時，由本設(shè)備或線路的另一套保護動作來切除故障實現(xiàn)后備；當(dāng)斷路器拒絕動作時，由斷路

12、器失靈保護動作切除故障實現(xiàn)后備。輔助保護當(dāng)需要加速切除故障線路或消除方向保護元件的死區(qū)時，可采用電流速斷構(gòu)成的輔助保護動作來切除故障。7.1.1繼電保護裝置的設(shè)計原則（1）當(dāng)被保護元件發(fā)生故障影響設(shè)備的正常運轉(zhuǎn)時，保護裝置應(yīng)動作于跳閘；在發(fā)生不正常運行時，保護裝置應(yīng)動作于信號。（2）為保證系統(tǒng)非故障部分的正常供電，保護裝置應(yīng)以足夠小的動作時限去切除故障。（3）系統(tǒng)故障時，保護裝置有選擇地動作將故障切除；若必須加快動作以消除故障，可無選擇性跳閘，由自動重合閘來補救保護的無選擇性動作。（4）選擇保護方式時，不考慮可能性很小的故障類型和運行方式。（5）保護裝置的電壓回路斷線時，如可能造成保護裝置的誤

13、動作，則應(yīng)裝設(shè)電壓回路斷線閉鎖裝置并發(fā)出信號。（6）在表示保護裝置動作的出口上應(yīng)裝設(shè)信號繼電器。（7）主保護裝置除完成主保護任務(wù)外，如有可能還應(yīng)作為相鄰元件的后備保護。（8）當(dāng)保護裝置因動作原理而不能起相鄰原件后備保護作用時，應(yīng)在所有或部分斷路器上裝設(shè)單獨的后備保護。（9）為了相鄰元件后備保護作用而使保護裝置復(fù)雜化，或在技術(shù)上不能達到完全的后備作用時，允許縮短后備作用范圍。（10）在實際可能出現(xiàn)的最不利運行方式和故障類型下，保護裝置應(yīng)有足夠的靈敏系數(shù)。（11）保護裝置的靈敏性應(yīng)該與相鄰設(shè)備或線路配合。（12）保護裝置所用的電流互感器在最不利的條件下其誤差應(yīng)小于10%。7.1.2 繼電保護裝置的

14、電源繼電保護裝置的電源，包括了保護裝置本身各元件的工作電源和相關(guān)斷路器跳閘的操作電源。工作電源與操作電源有直流操作和交流操作兩種情況。直流操作包括蓄電池復(fù)式整流和電容器儲能等，發(fā)電廠和110kV及以上變電站通常采用蓄電池作為直流電源。110kV以下的終端變電站可用電容儲能直流電源或復(fù)式整流電源。繼電保護裝置的電源應(yīng)具有好的可靠性和穩(wěn)定性，電源容量和電壓質(zhì)量均應(yīng)在最嚴重的事故情況下保證給繼電保護裝置供電的可靠性。交流操作一般是利用被保護元件的電流互感器作為短路保護裝置的操作電源。用在不重要的終端變電站。7.2 電力變壓器保護的設(shè)計7.2.1 概述變壓器是變電站中最貴重和最重要的設(shè)備，是關(guān)鍵的一次

15、設(shè)備，其主要功能是升高或降低電壓，使電能在一個合適的電壓等級水平傳輸以達到降低損耗的目的。大容量變壓器，由于其額定工作時的磁通密度接近于鐵心的飽和磁通密度，因此在過電壓或低頻率等異常運行方式下，偶爾會發(fā)生變壓器的過勵磁故障。根據(jù)上述故障類型和不正常運行狀態(tài)，對變壓器應(yīng)裝設(shè)下列保護。（1）瓦斯保護油浸式變壓器一般應(yīng)裝設(shè)瓦斯保護。當(dāng)油箱內(nèi)部故障產(chǎn)生輕微瓦斯或油面下降時，保護裝置應(yīng)瞬時作用于信號；當(dāng)產(chǎn)生大量瓦斯時，瓦斯保護應(yīng)動作于斷開變壓器各電源側(cè)斷路器。應(yīng)裝設(shè)瓦斯保護的變壓器容量界限是：800kVA及以上的油浸式變壓器和400kVA及以上的車間內(nèi)油浸式變壓器。（2）縱聯(lián)差動保護或電流速斷保護對于2

16、000kVA以上的變壓器，當(dāng)電流速斷保護的靈敏性不能滿足要求時，也應(yīng)裝設(shè)縱差動保護。上述保護動作后，均應(yīng)跳開變壓器各電源側(cè)的斷路器。（） 外部相間短路時，應(yīng)采用的保護（4）外部接地短路時，應(yīng)采用的保護對于中性點直接接地的系統(tǒng)，當(dāng)外部網(wǎng)絡(luò)發(fā)生接地故障時，將產(chǎn)生很大的短路電流，若變壓器中性點接地運行，此時應(yīng)裝設(shè)零序電流保護。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中部分變壓器中性點直接接地，為防止發(fā)生接地故障時，中性點接地的變壓器保護動作跳開后，中性點不接地的變壓器仍帶接地故障繼續(xù)運行，應(yīng)根據(jù)情況，裝設(shè)專用的保護裝置：如零序過電壓保護、中性點裝放電間隙加零序電流保護等。（5）過負荷保護對400KVA以上的變壓器，當(dāng)數(shù)臺并列運行，或

17、單獨運行并作為其他負荷的備用電源時，應(yīng)根據(jù)可能過負荷的情況，裝設(shè)過負荷保護。過負荷保護接于一相電流上，并延時作用于信號。對于無經(jīng)常值班人員的變電站，必要時過負荷保護可動作于自動減負荷或跳閘。（6）過勵磁保護高壓側(cè)電壓為500KV及以上的變壓器，對頻率降低和電壓升高而引起的變壓器勵磁電流的升高，應(yīng)裝設(shè)過勵磁保護。（7）其它保護反應(yīng)變壓器溫度及油箱內(nèi)壓力升高或冷卻系統(tǒng)的故障，應(yīng)根據(jù)現(xiàn)行變壓器標準，裝設(shè)可動作于信號或動作于跳閘的裝置。7.2.2 變壓器的瓦斯保護當(dāng)故障位于變壓器油箱內(nèi)部時，故障點電流和電弧將使變壓器油及其它絕緣材料因局部受熱而分解產(chǎn)生氣體，氣體將從油箱擴散至油枕的上部。當(dāng)故障嚴重時，

18、溫度較高，油將迅速膨脹并產(chǎn)生大量的氣體，此時將有劇烈的氣體夾雜著油流向油枕的上部。利用油箱內(nèi)部故障時的故障特征，構(gòu)成反應(yīng)上述氣體而動作的保護裝置稱為瓦斯保護。7.2.3 變壓器電流速斷保護當(dāng)變壓器容量較小時，可以將電流速斷保護作為變壓器的主保護。保護裝設(shè)在變壓器的充當(dāng)電源的一側(cè)，若被保護網(wǎng)絡(luò)為中性點不直接接地系統(tǒng)，按兩相式接線，否則的話按三相式接線。為了提高保護對變壓器高壓側(cè)引出線接地故障的靈敏度，可采用兩相三繼電器接線方式。7.2.4 變壓器縱聯(lián)差動保護縱聯(lián)差動保護對于變壓器正常運行和區(qū)外故障時不動作，當(dāng)保護范圍以內(nèi)故障時可靠動作，且可以躲避電力系統(tǒng)震蕩的影響，因此可以將縱差動保護配置到變壓

19、器。7.2.4 變壓器保護配置由以上分析可知主變壓器可采用下列保護：（1）主保護： 縱聯(lián)差動保護。作為變壓器引出線、套管及內(nèi)部故障的主保護，瞬時動作于跳兩側(cè)斷路器。 瓦斯保護。作為變壓器內(nèi)部故障的主保護，其中輕瓦斯動作發(fā)信號，重瓦斯動作于跳兩側(cè)斷路器。 有載分接開關(guān)調(diào)壓裝置輕瓦斯動作發(fā)信號，重瓦斯動作于跳兩側(cè)斷路器。 溫度信號裝置。作為變壓器上層油溫的信號裝置。 主變壓器油位的信號裝置。（2）主變壓器后備保護： 35KV側(cè)設(shè)置過電流保護，動作跳兩側(cè)斷路器。 35KV側(cè)設(shè)置過負荷保護，動作發(fā)信號。7.3 電力線路保護的設(shè)計7.3.1 220KV電力線路繼電保護的裝置原則（1）對簡單電網(wǎng)，采用三段

20、式的電流保護。速斷、限時速斷保護作為主保護，過電流保護作為后備保護。如保護不能滿足速動性或靈敏性要求，應(yīng)以自動重合閘來補救。（2）對復(fù)雜電力系統(tǒng)可采用距離保護。（3）對并列運行的平行雙回線電力系統(tǒng)，宜裝設(shè)橫聯(lián)差動保護作為主保護。以接于兩回線電流之和的階段式電流保護作為兩回線同時運行的后備保護，及一回線斷開后的主保護及后備保護。（4）對復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)中的短線路，一般用帶輔助導(dǎo)引線的縱聯(lián)差動保護作為主保護，以電流電壓保護作為后備保護。7.3.2 10kV電力線路繼電保護的裝置原則（1）相間短路保護 對于不帶電抗器的單側(cè)電源線路，可采用定時限特性或反時限特性的電流保護。 對于雙側(cè)電源電力線路，一般可裝設(shè)三

21、段式或多段式方向電流保護。 對于并列運行的線路，應(yīng)裝設(shè)橫聯(lián)差動保護或電流平衡保護作為主保護，以反應(yīng)兩回線電流之和的電流保護作為后備保護，及一回線斷開后的主保護及后備保護。（2）單相方向接地保護在發(fā)電廠和變電站母線上，應(yīng)裝設(shè)單相接地監(jiān)視裝置，監(jiān)視裝置反應(yīng)零序電壓，動作于信號。必要時裝設(shè)動作于跳閘的單相接地保護。（3）電力線路的過負荷保護對于可能經(jīng)常出現(xiàn)過負荷的電纜線路，應(yīng)裝設(shè)過負荷保護，保護裝置應(yīng)帶時限動作于信號，必要時可動作于跳閘。由以上分析可知：1220kV橋斷路器保護裝設(shè)限時速斷保護、過流保護及充電保護。210kV出線保護采用三段式電流保護及三相一次重合閘。310kV分段保護裝設(shè)限時速斷保

22、護、過流保護及充電保護。410kV電容器保護裝設(shè)差電壓保護、限時電流速斷保護、過電流保護、過電壓保護、電流閉鎖失壓保護。第八章 防雷保護8.1 概述雷電放電產(chǎn)生的雷電流高達數(shù)十、數(shù)百，甚至上千安，將會產(chǎn)生巨大的電磁感應(yīng)和熱效應(yīng)。從電力的角度考慮，有兩個方面是最值得我們注意的：雷電放電在電力系統(tǒng)中引起雷電過電壓（也稱為大氣過電壓），它是導(dǎo)致電力設(shè)備絕緣故障和停電事故的主要原因之一；雷電放電產(chǎn)生的過電流，有可能使被擊物體炸毀、燃燒，使導(dǎo)體熔斷或由于巨大的電動力導(dǎo)致設(shè)備機械損壞。變電站是多條輸電線路交匯的樞紐，變電站的雷害事故比較嚴重，經(jīng)常引起大面積停電。其次，變電設(shè)備的絕緣水平往往低于線路，且不具有自恢復(fù)功能，一旦因雷過電壓而發(fā)生擊穿，后果十分嚴重?？傊?，變電站的防雷保護與輸電線路相比，要求更嚴格、措施需更嚴密可靠。8.2 直擊雷保護8.2.1 保護對象屋外配電裝置，包括組合導(dǎo)線、母線廊道。8.2.2 保護措施a.220及110KV配電裝置：裝設(shè)避