本文格式為Word版，下載可任意編輯——哈工大變電所課程設(shè)計

哈爾濱工業(yè)大學課程設(shè)計任務(wù)書姓名：院（系）：電氣工程專業(yè)：電力系統(tǒng)及其自動化班號：任務(wù)起至日期：2023年2月17日至2023年2月28日課程設(shè)計題目：220KV降壓變電所電氣部分設(shè)計

已知技術(shù)參數(shù)和設(shè)計要求：一、原始資料1．電力系統(tǒng)圖發(fā)電廠（B）3×QFSN-200-23×SFPL-240000/220發(fā)電廠（C）4×TQN-100-24×SFPL-120000/220∽∽160km2×LGJ-240180km2×LGJ-240發(fā)電廠（A）4×FQN-100-224×SFPL-120000/2202×TQS-50-22×SFPL-63000/220∽

第1頁共1頁

2．設(shè)計變電所在系統(tǒng)中的地理位置C150km240km160km設(shè)計變電所B180km165kmA3．負荷資料110KV：出線數(shù)：7；Tmax：4500h；綜合最大負荷：145MW；綜合最小負荷：118MW；cosф:0.85。ABCDEFG線路名稱最大負荷23192423222119（MW）最小負荷18141819161615（MW）35KV：出線數(shù)：8；Tmax：4000h；綜合最大負荷：40MW；綜合最小負荷：33MW；cosф:0.8。abcdefgh線路名稱最大負荷（MW）65576656最小負荷（MW）44455545輸送距離（KM）20202530201518154．計算資料變電所與系統(tǒng)采用環(huán)網(wǎng)聯(lián)結(jié)，且線路每公里阻抗按0.4Ω/KM計算。二、氣象條件1．絕對最高溫度36℃；2．最熱月平均溫度21℃；3．年平均溫度6℃；4．風向：以東北風為主；

第2頁共2頁

5．地震烈度6級。三、設(shè)計任務(wù)1.變電所電氣主接線設(shè)計；2.所用電設(shè)計；3.短路電流計算(變電所與電力系采用環(huán)網(wǎng)連接)；3.電氣設(shè)備選擇與校驗：變壓器、母線、進出線、斷路器、隔離開關(guān)。工作量：1.設(shè)計說明書和計算書各一份;2.設(shè)計圖紙電氣主接線圖1張;工作計劃安排：同組設(shè)計者及分工：指導教師簽字___________________年月日教研室主任看法：教研室主任簽字___________________年月日*注：此任務(wù)書由課程設(shè)計指導教師填寫。學號尾數(shù)為1、6的同學做此題！

第3頁共3頁

設(shè)計說明書

一、概述

本設(shè)計說明書的研究內(nèi)容主要是根據(jù)原始資料和220kV降壓變電所的特點，對其電氣部分進行初步設(shè)計。設(shè)計內(nèi)容主要包括與系統(tǒng)連接方式選擇、變電所電氣主接線設(shè)計、所用電接線設(shè)計、主變壓器選擇、短路電流計算、電氣設(shè)備選擇、配電裝置選擇、防雷保護設(shè)計、主變壓器繼電保護設(shè)計、全系統(tǒng)的繼電保護規(guī)劃等。

二、主變壓器選擇

主變壓器是變電站中最主要的設(shè)備之一，在電氣設(shè)備的投資中所占比例較大，同時與之相配套的電氣裝置的投資也與其密切相關(guān)。它也是主接線方案確定的基礎(chǔ)。

2.1主變壓器臺數(shù)

尋常而言，對于只供給Ⅱ類、Ⅲ類負荷的變電所，原則上只裝設(shè)一臺變壓器；對于供電負荷較大或有Ⅰ類負荷時，應選中擇兩臺一致容量的變壓器，防止一臺主變壓器故障或檢修時影響整個變電所的供電；對于與系統(tǒng)相連接的重要變電所，應裝設(shè)兩臺一致容量的變壓器。

此后題的要求來看，選擇兩臺一致容量的主變壓器最為適合。

2.2主變壓器相數(shù)

由此題的要求來看，具有三種電壓等級的變電所，如通過主變壓器各側(cè)繞組的功率均達到該變壓器容量的15%以上，主變壓器應采用三相三繞組變壓器。

2.3主變壓器容量

變壓器容量的選擇是由供電地區(qū)計算負荷（綜合最大負荷），求出變電所供電負荷。主變的最大負荷按下式確定：

PM?K0?P

式中PM——變電所最大負荷

第4頁共4頁

2-1）（

K0——負荷同時系數(shù)，取0.9

?P——按負荷等級統(tǒng)計的綜合用電負荷主變的最小負荷按下式確定：

Se?0.7PMcos?（2-2）

式中

Se——主變最小容量；

cos?——平均功率因數(shù)，取0.85

當一臺變壓器停運時可保證對70%負荷的供電。110kV側(cè)容量：

Smax110?35kV側(cè)容量：

Pmax110145??170.59MVA

cos?0.85Smax35?220kV側(cè)容量：

Pmax3540??47.06MVAcos?0.85Smax220?K0(Smax110?Smax35)?0.9?217.65?195.89MVA

Se?0.7?195.89?137.12MVA

所以，可選兩臺容量為150MVA的主變壓器。

2.4主變壓器繞組聯(lián)結(jié)組號

一般來說，在發(fā)電廠和變電站中，考慮系統(tǒng)或機組的同步并列要求以及限制3次諧波對電源的影響等因素，主變壓器聯(lián)結(jié)組號一般都選用YNd11常規(guī)接線。

2.5主變壓器技術(shù)參數(shù)

綜上所述，選擇兩臺主變壓器，所選變壓器主要技術(shù)參數(shù)見表2-1

第5頁共5頁

優(yōu)點：接線簡單、明了，采用設(shè)備少、造價低、操作便利、擴建簡單。缺點：可靠性、靈活性不高，當任一連接元件故障，斷路器拒動或母線故障，都將造成整個配電裝置全停。

2、單母線分段帶旁路接線：單母線分段帶旁路接線如圖3-6所示。

圖3-6單母線分段帶旁路接線

優(yōu)點：用斷路器將母線分段，分段后母線和母線隔離開關(guān)可分段輪番檢修；對重要用戶，可從不同母線段引雙回路供電，當一段母線發(fā)生故障或當任一連接元件故障，斷路器拒動時，由繼電保護動作斷開分段斷路器，將故障限制在故障母線范圍內(nèi)，非故障母線繼續(xù)運行，整個配電裝置不會全停，保證對重要用戶的供電。

缺點：當分段斷路器故障時，整個配電裝置會全停。

3.4所用電接線方案

考慮到所用電源由變電所較低電壓等級引接，即由35kV等級引接。這一所用電源引接方式具有經(jīng)濟和可靠性較高的特點。又由于本所是區(qū)域變電所，且容量較大，故裝設(shè)兩臺所用變壓器。兩臺所用變分別從兩段35kV母線上直接引接。

所用電接線采用單母線分段接線方式，平日分列運行，以限制故障范圍，提高

第11頁共11頁

供電可靠性。所用電接線如圖3-7所示。

35kV6kV

圖3-7所用電接線圖

3.5主接線方案確定

根據(jù)主接線設(shè)計的基本要求，對主接線方案進行可靠性、靈活性以及經(jīng)濟性比較，以優(yōu)化組合的方式確定了滿足系統(tǒng)和用戶對供電可靠性的要求的最正確主接線方案，如表3-1所示。

電氣主接線圖見設(shè)計圖紙。

表3-1主接線方案表

電壓等級方案220kV內(nèi)橋接線110kV雙母線接線35kV單母線分段帶旁路接線

四、短路電流計算

短路是電力系統(tǒng)中最嚴重的故障，所謂短路，是指一切不正常的相與相之間或

相與地（對于中性點接地系統(tǒng)）之間未經(jīng)負載而直接形成閉合回路。在三相系統(tǒng)中，可能發(fā)生的短路有：三相短路，兩相短路，兩相接地短路和單相接地短路。其中，三相短路是對稱短路，系統(tǒng)各相與正常運行時一樣仍處于對稱狀態(tài)。其他類型的短

第12頁共12頁

路都是不對稱短路。電力系統(tǒng)的運行經(jīng)驗說明，在各種類型的短路中，單相短路占大多數(shù)，兩相短路較少，三相短路的機遇最少。但三相短路雖然很少發(fā)生，其狀況較嚴重，應給以足夠的重視。因此，我們都采用三相短路來計算短路電流，并檢驗電氣設(shè)備的穩(wěn)定性。

4.1短路電流計算的簡化假設(shè)

1、正常工作時，三相系統(tǒng)對稱運行。2、所有電源的電動勢相位角一致。

3、電力系統(tǒng)中各元件的磁路不飽和，即帶鐵芯的電氣設(shè)備電抗值不隨電流大小而發(fā)生變化。

4、不考慮短路點的電弧阻抗和變壓器的勵磁電流。

5、元件的電阻略去，輸電線路的電容略去不計，及不計負荷的影響。

4.2計算方法

1、選擇計算短路點。

2、繪制等值網(wǎng)絡(luò)圖，并將各元件電抗統(tǒng)一編號。

3、化簡等值網(wǎng)絡(luò)，并求出各電源與短路點之間的轉(zhuǎn)移電抗X''?。

4、求出計算電抗。

X''SNijsi?X?iSB式中

X''?i——轉(zhuǎn)移電抗

SNi——電源額定容量

SB——基準容量

5、由運算曲線查出各電源供給的短路電流周期分量的標幺值Ipti*。6、計算短路電流周期分量有名值。

Ipti?INIpti*?SNi3UIpti*

av式中Uav——各級電壓基準值

7、列出短路電流計算表。

第13頁共13頁

4-1）4-2）（

（

4.3計算步驟

4.3.1總的短路等值網(wǎng)絡(luò)圖

總的短路等值網(wǎng)絡(luò)圖如圖4-1所示。

GBGAGC220kV35kV110kV

圖4-1短路等值網(wǎng)絡(luò)圖

4.3.2各元件電抗標幺值

基準容量SB=100MVA

基準電壓Uav取230kV，115kV，37kV

1、各電廠發(fā)電機電抗標幺值A(chǔ)廠：

''XA1?XdSB100?0.15??0.15SN100SB100?0.15??0.30SN50''XA2?Xd

第14頁共14頁

B廠：

''XB?XdSB100?0.15??0.075SN200C廠：

''XC1?XdSB100?0.15??0.15SN100

2、各電廠變壓器電抗標幺值A(chǔ)廠：

XTA1?UK%SB13100???0.108

100SN100120XTA2?B廠：

UK%SB13.4100???0.213

100SN10063XTB?C廠：

UK%SB14100???0.058

100SN100240UK%SB13100???0.108

100SN100120XTC1?

3、主變各繞組的等值電抗標幺值繞組1短路電壓百分數(shù)

UK1%?11?[U(1?2)%?U(1?3)%?U(2?3)%]??(15?24?7.6)?15.7022繞組2短路電壓百分數(shù)

UK2%?

11?[U(1?2)%?U(2?3)%?U(1?3)%]??(15?24?7.6)??0.7022第15頁共15頁

繞組3短路電壓百分數(shù)

UK3%?11?[U(1?3)%?U(2?3)%?U(1?2)%]??(24?7.6?15)?8.3022等值電抗

XT1?UK%SB15.7100???0.105

100SN100150XT2?UK%SB?0.7100????0.005

100SN100150UK%SB8.30100???0.055

100SN100150XT3?

4、各線路等值電抗標幺值取架空輸電線路單位電抗為

XL?0.4?/km

XL1?XLl1SB100?0.4?180??0.13622UB230SB100?0.4?160??1.1212UB2302SB100?0.4?150??0.11322UB230SB100?0.4?165??0.12522UB230XL2?XLl2XL3?XLl3XL4?XLl44.3.3220kV母線短路點d1的短路電流計算

第16頁共16頁

1、220kV母線短路等值電路圖如圖4-2所示。

GBGAGCX1X2X5220k4X3X6圖4-2220kV側(cè)短路等值圖

其中

X1?XB?XTB?0.18

X2?XA?0.052

X3?XC?0.065

X4?XL2?0.121

X5?XL4?0.125

X6?XL3?0.113

通過星網(wǎng)變換化簡，如圖4-3所示。

第17頁共17頁

GBGAGCX1X2X45X56X46X3220kV

圖4-3220kV側(cè)短路等值化簡圖1

其中

X45?X4X5?0.042

X4?X5?X6X4X6?0.038

X4?X5?X6X5X6?0.039

X4?X5?X6X46?X56?進一步化簡，合并A、B，如圖4-4所示。

GABGCX7X8X56220kV圖4-4220kV短路等值化簡圖2

第18頁共18頁

其中

X7?X1//X2?X45?0.082

X8?X3?X46?0.103

2、各電廠對短路點d1的轉(zhuǎn)移電抗值

XfAB?X7?X56?X7X56?0.152X8X8X56?0.191X7Xfc?X8?X56?

3、各電廠對短路點d1的計算電抗由公式（4-1）得

XjsAB?XfABSNAB?1.672SBSNC?0.764SBXjsc?XfC

4、通過查計算曲線得0~4s內(nèi)不同時間短路電流標幺值，然后根據(jù)公式（4-2）求其有名值。短路點d1的短路電流表如表4-1所示。

表4-1短路點d1的短路電流表

00.20.5124時間（s）標幺值有名值(kA)

Ipt1*

0.6221.3903.113

0.5861.2532.876

0.6061.2252.903

0.6421.3053.083

0.6421.4843.263

0.6421.5963.376

Ipt2*Ipt

4.3.4110kV母線35kV母線的短路電流計算

第19頁共19頁

計算方法大致同上，計算時可將三個發(fā)電廠電抗并聯(lián)等效，簡化計算。短路點d2、d3的短路電流表如表4-2所示。

表4-2短路點d2、d3的短路電流表00.20.5124短路點時間（s）

d22.5882.4152.4602.7122.7282.728有名值d31.5781.5981.6301.6301.6301.630有名值

五、電氣設(shè)備的選擇

導體和電氣設(shè)備的選擇是變電所設(shè)計的主要內(nèi)容之一。正確地選擇設(shè)備是使電氣主接線和配電裝置達到安全、經(jīng)濟的重要條件。電氣設(shè)備包括斷路器、隔離開關(guān)、母線等。

5.1電氣設(shè)備選擇的一般條件

5.1.1正常工作條件

1、額定電壓

電氣設(shè)備所在電網(wǎng)的運行電壓因調(diào)壓或負荷的變化，有時會高于電網(wǎng)的額定電壓，故所選電氣設(shè)備允許的最高工作電壓不得低于所接電網(wǎng)的最高運行電壓。尋常，規(guī)定一般電氣設(shè)備允許的最高工作電壓為設(shè)備額定電壓的1.1~1.15倍，而電網(wǎng)運行電壓的波動范圍，一般不超過電網(wǎng)額定電壓的1.15倍。因此，在選擇電氣設(shè)備時，一般可依照電氣設(shè)備的額定電壓UN不低于裝置地點電網(wǎng)額定電壓USN的條件選擇，即

UN?USN

2、額定電流

電氣設(shè)備的額定電流IN是指在額定環(huán)境溫度?0下，電氣設(shè)備的長期允許電流。IN應不小于該回路在各種合理運行方式下的最大持續(xù)工作電流Imax，即

IN?Imax

3、環(huán)境條件對設(shè)備選擇的影響

當電氣設(shè)備安裝地點的環(huán)境（特別注意小環(huán)境）條件如溫度、風速、污穢等

第20頁共20頁

5-1）5-2）（

（

級、海拔高度、地震烈度和覆冰厚度等環(huán)境條件超過一般電氣設(shè)備使用條件時，應采取措施。

5.1.2短路狀態(tài)

1、短路熱穩(wěn)定校驗

短路電流通過電氣設(shè)備時，電氣設(shè)備各部件溫度（或發(fā)熱效應）應不超過允許值。滿足熱穩(wěn)定的條件為

I2tt?Qk

式中Qk——短路電流產(chǎn)生的熱效應

Itt——電氣設(shè)備允許通過的熱穩(wěn)定電流和時間

2、電動力穩(wěn)定校驗

電動力穩(wěn)定校驗是電氣設(shè)備承受短路電流機械效應的能力，亦稱動穩(wěn)定。滿足動穩(wěn)定的條件為

ies?ish

式中ies——電氣設(shè)備允許通過的動穩(wěn)定電流的幅值ish——短路沖擊電流幅值

5.2高壓斷路器和隔離開關(guān)的選擇

高壓斷路器和隔離開關(guān)是發(fā)電廠與變電站中主系統(tǒng)的重要開關(guān)電器。高壓斷路器主要功能是：正常運行時的倒換運行方式，把設(shè)備或線路接入電路或退出運行，起控制作用；當設(shè)備或線路發(fā)生故障時，能快速切除故障回路、保證無故障部分正常運行，起保護作用。高壓斷路器最大特點是能斷開電氣設(shè)備中負荷電流和短路電流。而高壓隔離開關(guān)的主要功能是保證高壓電氣設(shè)備及裝置在檢修工作時的安全，不能用于切斷、投入負荷電流或開斷短路電流，僅可允許用于不產(chǎn)生強大電弧的某些切換操作。

5.2.1斷路器的選擇

SF6斷路器采用不可燃和有優(yōu)良絕緣與滅弧性能的SF6氣體作滅弧介質(zhì)，具

第21頁共21頁

5-3）5-4）（

（

有優(yōu)良的開斷性能。SF6斷路器運行可靠性高，維護工作量少，故適用于各電壓等級。特別在220kV及以上配電裝置中得到最廣泛的運用。本設(shè)計一律采用SF6斷路器。

1、220kV電壓等級斷路器的選擇額定電壓和電流選擇

UN?220kV

IN?Imax?1.05PN3UNcos??1.05?201.183?220?554A

初步選擇LW1—220/2000，技術(shù)參數(shù)如表5-1所示。

表5-1LW1—220/2000技術(shù)參數(shù)表

額定電壓額定開斷電極限通過電熱穩(wěn)定電流

型號額定電流（A）

（kV）流（kA）流峰值（kA）（kA）

LW1—220/200022020004010040（4s）

熱穩(wěn)定校驗

短路熱穩(wěn)定計算時間tk=4s，不計非周期熱效應

Qk?QP?I''2?10It2k/2?It2k12tk2.2932?10?2.5402?2.6502??4?25.612Qr?It2t?402?4?6400（kA）2s〉Qk

所選設(shè)備符合熱穩(wěn)定要求；

動穩(wěn)定校驗

ies?100kA?ish?2.55I''?5.85kA

所選設(shè)備符合動穩(wěn)定要求。

故所選LW1—220/2000斷路器合格。

2、110kV及35kV電壓等級斷路器的選擇

110kV及35kV電壓等級斷路器進行選擇方法同上，斷路器選擇結(jié)果如表5-2所示。

第22頁共22頁

表5-2斷路器選擇結(jié)果表

電壓等級（kV）22011035

型號LW1—220/2000LW6—110LW8—35

額定電壓（kV）22011035

額定電流（A）200031501600

極限通過

額定開斷

電流峰值

電流（kA）

（kA）

401004012563125

熱穩(wěn)定電

流（kA）40（4s）50（3s）25（4s）

5.2.2隔離開關(guān)的選擇

1、220kV電壓等級隔離開關(guān)的選擇額定電壓和電流選擇

UN?220kV

IN?Imax?1.05PN3UNcos??1.05?201.183?220?0.554kA?554A

初步選擇GW7—220/2500，技術(shù)參數(shù)如表5-3所示。

表5-3GW7—220/2500技術(shù)參數(shù)表

極限通過電流

型號額定電壓（kV）額定電流（A）

峰值（kA）

GW7—220/25002202500125

熱穩(wěn)定校驗

短路熱穩(wěn)定計算時間tk=4s，不計非周期熱效應

熱穩(wěn)定電流（kA）50（3s）

Qk?QP?I''2?10It2k/2?It2k12tk2.2932?10?2.5402?2.6502??4?25.612Qr?It2t?502?3?7500（kA）2s〉Qk

所選設(shè)備符合熱穩(wěn)定要求；動穩(wěn)定校驗

ies?125kA?ish?2.55I''?5.85kA

所選設(shè)備符合動穩(wěn)定要求。

第23頁共23頁

故所選GW7—220/2500隔離開關(guān)合格。

2、110kV及35kV電壓等級隔離開關(guān)的選擇

110kV及35kV電壓等級隔離開關(guān)的選擇選擇方法同上，隔離開關(guān)選擇結(jié)果如表5-4所示。

表5-4隔離開關(guān)選擇結(jié)果表

電壓等級額定電壓額定電流極限通過電熱穩(wěn)定電流

型號

（kV）（kV）（A）流峰值（kA）（kA）220GW7—220/2500220250012550（3s）110GW5—110/160011016008031.5（4s）35GW4—35/20003520008031.5（4s）

5.3母線的選擇

導體尋常由銅、鋁、鋁合金制成。一般來說，母線系統(tǒng)包括載流導體和支撐絕緣兩部分。載流導體可構(gòu)成硬母線和軟母線。

硬母線截面常用的有矩形、槽形和管形。矩形母線一般只用于35kV及以下、電流在4000A及以下的配電裝置中；槽型母線一般用于4000~8000A的配電裝置中；管形母線用于8000A以上的大電流母線或要求電暈放電電壓高的110kV及以上的配電裝置中。

軟母線常用的有鋼芯鋁絞線、組合導線、分裂導線和擴徑導線，后者多用于330kV及以上配電裝置。根據(jù)本所實際狀況，選擇鋼芯鋁絞線作為母線。

5.3.1導體截面的選擇和校驗

導體截面可按長期發(fā)熱允許電流或經(jīng)濟電流密度選擇。

1、按導體長期發(fā)熱允許電流選擇

Imax?KIa1

式中Imax——導體所在回路中最大持續(xù)工作電流

（5-5）

Ia1——在額定環(huán)境溫度?0=25℃時導體允許電流

第24頁共24頁

K——與實際環(huán)境溫度和海拔有關(guān)的綜合修正系