1、 绪论 1某 220KV 区域性变电所一次系统初步设计绪论 2绪 论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 110KV 两电压等级功率交换，把接受功率全部送往 110KV 侧线路。本所位于市郊区，所址工程情况良好，处于地区网络枢纽点上，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。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 SFPSZ7-120000/220型三绕组
2、有载调压变压器，容量化为 100/100/50，互为备用。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。10KV 采用单母分段，且装设分段断路器，并装设两台所用变，一台所用变故障时，另一台承受全部负荷。一台所用变接一段母线，平时两台变压器分列运行。10KV 侧并联调相机补偿装置进行主变损耗及负荷功率因数补偿，并提高电压。本变电所配电装置采用普通中型配电装置，220KV 及 110KV 均采用断路器单列布置，将隔离开关放置母线下，使其与另一级隔离开关电气距离增大，缩短配电装置的纵向距离。主变中性点及出线均装设避雷器，中性点经隔离开关直接接地，并装设有两段
3、零序保护及放电间隙保护。本变电所大门位于东方，220KV 配电装置朝北，110KV 配电装置朝西，均与出线方向相对应，主变位于三者之间，其间有行车大道、环形小道、电缆沟盖板作为巡视小道，220KV 配电装置有 14 个间隔，110KV 配电装置 16 个间隔。本次设计论文是以我国现行的各有关规范规程等技术标准为依据，所设计是一次初步设计，根据任务书提供原始资料，参照有关资料及书籍，对各种方案进行比较而得出。河南城建学院本科毕业设计（论文） 原始资料 31 原始资料本设计变电所以 110KV 向地区负荷供电，除 220KV 电压与系统联络之外，110KV 电压的部分出线也与系统有联系。1.1 变
4、电所的规模近期设主变为 2120MVA，电压比为 220/121/10.5KV，容量比为100/100/50，本期工程一次建成，设计中留有扩建的余地：调相机为260KVAR，本期先建成一台。220KV 出线本期 5 回，最终 8 回；110KV 出线共 10回，本期建成 7 回，最终 10 回，3 回备用；所用电按调相机的拖动设备为主来考虑。1.2 各级系统输送功率220KV 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 200KW第二回（九江 II）输送 200KW第三回（柘林）输送 180KW第四回（昌东）输送
5、150KW第五回（南昌电厂）输送 100KW第六回（西效 I）第七回（西效 II）第八回（备用）110KV 系统近期为 200KW，远期 300KW，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(梅岭)输送 40KW第二回(乐化)输送 40KW第三回(新祺周)输送 40KW第四回(象山)输送 45KW第五回(水泥厂)输送 20KW河南城建学院本科毕业设计（论文） 原始资料 4第六回(双港澳)输送 20KW第七回(南电)输送 20KW第八回(化工区备用 I)输送 10KW第九回(化工区备用 II)输送 10KW第十回(化工区备用 III)
6、输送 10KW1.3 系统计算资料系统阻抗，当取基准容量 SJ=100MVA，基准电压 UJ为各级电压平均值（230，115，10.5）时,两级电系统的远景阻抗标幺值如下图所示： 0.0328 0.0502S1S2两系统联络阻抗按远景三台变电压器的总阻抗考虑所图 1.1 系统阻抗标幺值1.4 变电所所址基本情况变电所所在地为平原地区，无高产农作物，土壤电阻率为 0.8104.cm,年雷暴日为 65 天,历年最高气温为 38.5。 C。变电所在系统中的地理位置如下，220KV 用虚线所示，110KV 用实线表示：九江备用乐化 象山南昌电厂新祺周柘林水泥厂 双港 南电昌东北梅岭西效化工备用河南城建
7、学院本科毕业设计（论文） 原始资料 5图 1.2 变电所各输电线路方向1.5 系统和保护要求220KV 各线在、相有载波通道，在、相有保护通道。线路对侧有电源，要求同期，电压互感器装于相。110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相。所用负荷按典型所用电考虑。1.6 设计依据规程（包括变电所（或发电厂）设计技术规程 、 继电保护和自动装置设计技术规程 、 电气测量仪表装置设计技术规程等） 、 电力工程设计手册1、2 册， 电力工业常用设备用册 ， 发电厂电气部分教材等。河南城建学院本科毕业设计（论文） 负荷计算及主变选择 62 负荷计算及主变选择2.1 概述在各级电压等级
8、的变电所中，变压器是变电所中的主要电气设备之一，其担任着向用户输送功率，或者两种电压等级之间交换功率的重要任务，同时兼顾电力系统负荷增长情况，并根据电力系统 510 年发展规划综合分析，合理选择，否则，将造成经济技术上的不合理。如果主变压器容量造的过大，台数过多，不仅增加投资，扩大占地面积，而且会增加损耗，给运行和检修带来不便，设备亦未能充分发挥效益；若容量选得过小，可能使变压器长期在过负荷中运行，影响主变压器的寿命和电力系统的稳定性。因此，确定合理的变压器的容量是变电所安全可靠供电和网络经济运行的保证。在生产上电力变压器制成有单相、三相、双值组、三绕组、自耦以及分裂变压器等，在选择主变压器时
9、，要根据原始资料和设计变电所的自身特点，在满足可靠性的前提下，要考虑到经济性来选择主变压器。选择主变压器的容量，同时要考虑到该变电所以后的扩建情况来选择主变压器的台数及容量。2.2 主变台数的选择由原始资料可知，我们本次所设计的变电所是市郊区 220KV 降压变电所，它是以 220KV 受功率为主。把所受的功率通过主变传输至 110KV 及 10KV 母线上。若全所停电后，将引起下一级变电所与地区电网瓦解，影响整个市区的供电，因此选择主变台数时，要确保供电的可靠性。为了保证供电可靠性，避免一台主变压器故障或检修时影响供电，变电所中一般装设两台主变压器。当装设三台及三台以上时，变电所的可靠性虽然
10、有所提高，但接线网络较复杂，且投资增大，同时增大了占用面积，和配电设备及用电保护的复杂性，以及带来维护和倒闸操作等许多复杂化。而且会造成中压侧短路容量过大，不宜选择轻型设备。考虑到两台主变同时发生故障机率较小。适用远期负荷的增长以及扩建，而当一台主变压器故障或者检修时，另一台主变压器可承担 70%的负荷保证全变电所的正常供电。故选择两台主变压器互为备用，提高供电的可靠性。2.3 主变压器容量的选择河南城建学院本科毕业设计（论文） 负荷计算及主变选择 7主变容量一般按变电所建成近期负荷，510 年规划负荷选择，并适当考虑远期 1020 年的负荷发展，对于城郊变电所主变压器容量应当与城市规划相结合
11、，该所近期和远期负荷都给定，所以应按近期和远期总负荷来选择主变的容量，根据变电所带负荷的性质和电网结构来确定主变压器的容量，对于有重要负荷的变电所，应考虑当一台变压器停运时，其余变压器容量在过负荷能力后允许时间内，应保证用户的一级和二级负荷，对一般性能的变电所，当一台主变压器停运时，其余变压器容量应保证全部负荷的 70%80%。该变电所是按 70%全部负荷来选择。当一台变压器停运时，可保证对 60%负荷的供电，考虑变压器的事故过负荷能力为 40%，则可保证 98%负荷供电，而高压侧 220KV 母线的负荷不需要跟主变倒送，因为，该变电所的电源引进线是 220KV 侧引进。其中，中压侧及低压侧全
12、部负荷需经主变压器传输至各母线上。由原始资料可知，10KV 母线上无负荷，主要用来无功补偿用。2.4 主变压器型式的选择2.4.1 主变压器相数的选择当不受运输条件限制时，在 330KV 以下的变电所均应选择三相变压器。而选择主变压器的相数时，应根据原始资料以及设计变电所的实际情况来选择。单相变压器组，相对来讲投资大，占地多，运行损耗大，同时配电装置以及断电保护和二次接线的复杂化，也增加了维护及倒闸操作的工作量。本次设计的变电所，位于市郊区，稻田、丘陵，交通便利，不受运输的条件限制，而应尽量少占用稻田、丘陵，故本次设计的变电所选用三相变压器。2.4.2 绕组数的选择在具有三种电压等级的变电所，
13、如通过主变压器的各侧绕组的功率均达到该变压器容量的 15%以上，或低压侧虽无负荷，但在变电所内需装设无功补偿设备，主变宜采用三绕组变压器。一台三绕组变压器的价格及所用的控制和辅助设备，比相对的两台双绕组变压器都较少，而且本次所设计的变电所具有三种电压等级，考虑到运行维护和操作的工作量及占地面积等因素，该所选择三绕组变压器。在生产及制造中三绕组变压器有：自耦变、分裂变以及普通三绕组变压器。自耦变压器，它的短路阻抗较小，系统发生短路时，短路电流增大，以及干扰继电保护和通讯，并且它的最大传输功率受到串联绕组容量限制，自耦变压器，具有磁的联系外，还有电的联系，所以，当高压侧发生过电压时，它有可能通过河
14、南城建学院本科毕业设计（论文） 负荷计算及主变选择 8串联绕组进入公共绕组，使其它绝缘受到危害，如果在中压侧电网发生过电压波时，它同样进入串联绕组，产生很高的感应过电压。由于自耦变压器高压侧与中压侧有电的联系，有共同的接地中性点，并直接接地。因此自耦变压器的零序保护的装设与普通变压器不同。自耦变压器，高中压侧的零序电流保护，应接于各侧套管电流互感器组成零序电流过滤器上。由于本次所设计的变电所所需装设两台变压器并列运行。电网电压波动范围较大，如果选择自耦变压器，其两台自耦变压器的高、中压侧都需直接接地，这样就会影响调度的灵活性和零序保护的可靠性，故不选择自耦变压器。分裂变压器：分裂变压器约比同容
15、量的普通变压器贵 20%，分裂变压器，虽然它的短路阻抗较大，当低压侧绕组产生接地故障时，很大的电流向一侧绕组流去，在分裂变压器铁芯中失去磁势平衡，在轴向上产生巨大的短路机械应力。分裂变压器中对两端低压母线供电时，如果两端负荷不相等，两端母线上的电压也不相等，损耗也就增大，所以分裂变压器适用两端供电负荷均衡，又需限制短路电流的供电系统。由于本次所设计的变电所，受功率端的负荷大小不等，而且电压波动范围大，故不选择分裂变压器。普通三绕组变压器：价格上在自耦变压器和分裂变压器中间，安装以及调试灵活，满足各种继电保护的需求。又能满足调度的灵活性，它还分为无激磁调压和有载调压两种，这样它能满足各个系统中的
16、电压波动。它的供电可靠性也高。所以，本次设计的变电所，选择普通三绕组变压器。2.4.3 主变调压方式的选择为了满足用户的用电质量和供电的可靠性，220KV 及以上网络电压应符合以下标准：枢纽变电所二次侧母线的运行电压控制水平应根据枢纽变电所的位置及电网电压降而定，可为电网额定电压的 11.3 倍，在日负荷最大、最小的情况下，其运行电压控制在水平的波动范围不超过 10%，事故后不应低于电网额定电压的95%。电网任一点的运行电压，在任何情况下严禁超过电网最高电压，变电所一次侧母线的运行电压正常情况下不应低于电网额定电压的 95%100%。调压方式分为两种，不带电切换，称为无激磁调压，调整范围通常在
17、5%以内，另一种是带负荷切换称为有载调压，调整范围可达 30%。由于该变电所的电压波动较大，故选择有载调压方式，才能满足要求。2.4.4 连接组别的选择河南城建学院本科毕业设计（论文） 负荷计算及主变选择 9变压器绕组的连接方式必须和系统电压相位一致，否则不能并列运行。全星形接线虽然有利于并网时相位一致的优点，而且全星形接法，零序电流没有通路，相当于和外电路断开，即零序阻抗相当于无穷大，对限制单相及两相接地短路都有利，同时便于接消弧线圈限制短路电流。但是三次谐波无通路，将引起正弦波的电压畸变，对通讯造成干扰，也影响保护整定的准确度和灵敏度。如果影响较大，还必须综合考虑系统发展才能选用。我国规定
18、 110KV 以上的电压等级的变压器绕组常选用中性点直接地系统，而且要考虑到三次谐波的影响，会使电流、电压畸变。采用接法可以消除三次谐波的影响。所以应选择 Yo/Yo/接线方式。故本次设计的变电所，选用主变压器的接线组别为：YN,yn0,d11 接线。2.4.5 容量比的选择由原始资料可知，110KV 中压侧为主要受功率绕组，而 10KV 侧主要用于所用电以及无功补偿装置，所以容量比选择为：100/100/50。2.4.6 主变压器冷却方式的选择主变压器一般采用的冷却方式有：自然风冷却，强迫油循环风冷却，强迫油循环水冷却。自然风冷却：一般只适用于小容量变压器。强迫油循环水冷却，虽然散热效率高，
19、节约材料减少变压器本体尺寸等优点。但是它要有一套水冷却系统和相关附件，冷却器的密封性能要求高，维护工作量较大。所以，选择强迫油循环风冷却。2.4.7 主变压器保护设计综述电力变压器是电力系统中十分重要的供电元件，它的故障将对供电可靠性和系统的正常运行带来严重的影响，而本次所设计的变电所是市区 220KV 降压变电所，如果不保证变压器的正常运行，将会导致全所停电，影响下一降变电所供电可靠性。变压器的故障可分为内部和外部两种故障。内部故障系指变压器油厢里面的各种故障，主要故障类型有：1）各绕组之间发生的相间短路；2）单相绕组部分线区之间发生的匝间短路；3）单相绕组或引出线通过外壳发生的单相接地短路
20、；4）铁芯烧损。变压器的外部故障类型有：河南城建学院本科毕业设计（论文） 负荷计算及主变选择 101）绝缘套管网络或破碎而发生的单相接地（通过外壳）短路；2）引出线之间发生的相间故障。变压器的不正常运行情况主要有：1）由于外部短路或过负荷而引起的过电流；2）油箱漏油而造成的油面降低；3）变压器中性点电压升高或由于外加电压过高而引起的过励磁。为了防止变压器发生各种类型故障和不正常运行时造成不应有的损失，保证 系统安全连续运行，故变压器应装设一序列的保护装置。主变压器的主保护瓦斯保护对变压器油箱内的各种故障以及油面的降低，应装设瓦斯保护，它反应于油箱内部所产生的气体或油流而动作。其中轻瓦斯动作于信
21、号，重瓦斯动作于跳开变压器各侧电源断路器。差动保护对变压器绕组和引出线上发生故障，以及发生匝间短路时，其保护瞬时动作，跳开各侧电源断路器。主变压器的后备保护过流保护为了反应变压器外部故障而引起的变压器绕组过电流，以及在变压器内部故障时，作为差动保护和瓦斯保护的后备，所以需装设过电流保护。而本次所设计的变电所，电源侧为 220KV，主要负荷在 110KV 倒即可装设两套过电流保护，一套装在中压侧 110KV 侧并装设方向元件，电源侧 220KV 侧装设一套，并设有两个时限 ts和 t ，时限 定原侧为 t t +t，用以切除三侧全部断路器。过负荷保护变压器的过负荷电流，大多数情况下都是三相对称的，因此只需装设单相式过负荷保护，过负荷保护一般经追时动作于信号，而且三绕组变压器各侧过负荷保护均经同一个时间继电器。零序过流保护对于大接地电流的电力变压器，一般应装设零序电流保护，用作变压器主保护的后备保护和相邻元件接地短路的后备保护，一般变电所内只有部分变压器中性点接地运行，因此，每台变压器上需要装设两套零序电流保护，一套用于中性点接地运行方式，另一套用于中性点不接地运行方式。
