220kV降压变电所电气部分初步设计（样本）

第一部分设计任务书

一、设计题目

220kV降压变电所电气部分初步设计

二、待建变电所基本资料

1．待建变电所与电力系统的连接情况，如图所示。

2．待建变电所的负荷统计资料

3．待建变电所的其它基本参数

最大负荷利用小时数＝5500小时，10kV侧最大负荷同时率0.9，线路损耗率6％。

地区年最高气温40℃，地区最热月平均最高气温28℃。

4．待建变电所的地理位置情况

该变电所建在城市近郊，地势平坦，交通方便。

三、设计任务

1．对本变电所在电力系统中的地位、作用和电力用户情况作出分析；2．确定本变电所主变的台数、容量和型号；

3．确定本变电所的电气主接线；

4．确定所用电方案；

5．确定配电装置的型式；

6．进行必要的短路电流计算；

7．选择和校验所需的电气设备；

8．选择和校验10kV硬母线；

9．进行继电保护的规划设计；

10．进行防雷保护规划设计。

四、设计成品要求

1．设计说明书、设计计算书各一份；

2．变电所电气主接线图一份。

第二部分设计说明书

一、变电所在电力系统中的地位、作用和电力用户的分析

变电所地处城市近郊，地势平坦，交通方便，向开发区的炼钢厂供电，在变电所附近还有一些地区负荷，开发区的负荷增长每年都在20%以上，为了适应地区经济发展，变电所的设计应考虑一定的发展观。

本变电所的电压等级为220/110/10kV，由双回220kV线路送到本变电所，并通过双回线路与220kV系统相连接；在110kV侧有8回出线向四个110kV变电所供电，重要负荷均在60%以上；在10kV侧有12回出线向6个用户双回路供电，每个用户的重要负荷均在54%以上。

可知本变电所为枢纽变，在系统中的地位举足轻重，全所停电将引起局部系统解列。

二、主变台数、容量及型号的选择

2.1主变台数的选择

本变电所各侧负荷均含有不同比例的重要负荷，考虑到主变压器因维护、检修等因素退出运行时需要保证对重要负荷的供电，需要装设两台主变压器。

只有对地区性孤立的一次变电所或大型工业专用变电所，在设计时应考虑装设三台主变压器的可能性。本变电所虽为枢纽变电所，但供电容量也有限，不考虑装设三台主变压器。

2.2主变容量的选择

2.2.1变电所供电负荷统计资料

总供电负荷 152.98+j52.39 （161.70∠18.90°） (MVA)

总重要负荷 106.67+j36.12 （112.62∠18.71°） (MVA)

2.2.2主变容量确定

根据《220kV～500kV变电所设计技术规程》（DL/T 5218-2005）第7.2.1条规定：“凡装有两台（组）及以上主变压器的变电所，其中一台（组）事故停运后，其余主变压器的容量应保证该所全部负荷的70％时不过载，并在计及过负荷能力后的允许时间内，应保证用户的一级和二级负荷。”

总重要负荷

总供电负荷

即

所以，所选变压器的额定容量可确定为120MVA

正常运行时，＝240MVA＞161.70MVA。一台主变停运时，过载倍数161.70/120=134.75%＞130%，超过强迫油循环变压器允许的最大正常过负荷能力，需要少量负荷（120 4.75%=5.7MVA）。

所以，2台120MVA主变基本可以满足需求。

2.3主变型式的选择：

2.3.1 相数的确定

根据《220kV～500kV变电所设计技术规程》（DL/T 5218-2005）第7.7.2条规定：“与电力系统连接的220～330kV变压器若不受运输条件的，应选用三相变压器。”

本变电所地势平坦，交通方便，所以选用三相变压器。

2.3.2 绕组数的确定

根据《220kV～500kV变电所设计技术规程》第7.2.4条规定：“220～330kV具有三种电压的变电所中，如通过主变压器各侧绕组的功率均达到该变压器额定容量的15%以上，或者第三绕组需要装设无功补偿设备时，均宜采用有三个电压等级的三绕组变压器或自耦变压器。”

本变电所220kV及110kV侧均采用中性点直接接地方式，且中、低压侧负荷均达到额定容量的15%，故选择三相三绕组变压器。

考虑到110kV侧带3个变电所，10kV侧负荷有限，同时为减小短路电流，所以不采用自耦变。

2.3.3 调压方式的确定

考虑到110kV侧带3个变电所，各自具备一定的电压调节能力，选择无励磁调压变压器。

三、电气主接线方案的确定

3.1 参照《220～500kV变电所设计技术规程》第7.1.4 条的相关规定：

220kV变电所中的220kV配电装置，当在系统中居重要地位、出线回路数为4回及以上时，宜采用双母线接线。

220kV变电所中的110kV配电装置，当出线回路数在6回以下时宜采用单母线或分段单母线接线，6回及以上时，宜采用双母线接线。

3.2 参照《35～110kV变电所设计规范》（GB 50059-92）第3.2.5条的相关规定：

当变电所装有两台主变压器时，6～10kV侧宜采用分段单母线。线路为12回及以上时，亦可采用双母线。当不允许停电检修断路器时，可设置旁路设施。

当6～35kV配电装置采用手车式高压开关柜时，不宜设置旁路设施。

3.3 不同主接线型式的对比分析

（自行添加）

3.4 本变电所主接线

针对本变电所的实际情况，因本变电所为枢纽变，且其220kV及110kV侧联络线均为双回路，即当其中某一回断路器检修或停运时，其正常负荷可由另一回送出，不影响对系统及用户的供电，为节约投资，提高综合经济效益，故220kV系统可采用双母线接线方式；对110kV系统，因变电所出线数量较少，为节省投资，可采用单母线分段的接线方式，对于10kV侧也可采用单母线分段的接线方式。

综上可得：

220kV采用双母线接线，110kV采用单母线分段接线，10kV采用单母线分段接线方式，详见电气主接线图。

四、配电装置布置型式的确定

4.1 不同配电装置的对比分析

4.2 本变电所情况介绍

4.3 配电装置的确定

4.3.1 220kV侧

4.3.2 110kV侧

4.3.3 10kV侧

（自行添加）

注意：10kV侧如采用成套开关柜，需要说明其原因。如采用小车柜，也需要说明原因。

五、确定所用变方案

参考《220～500kV变电所所用电设计技术规程》（DL/T 5155-2002）的相关规定：

第4.1.1条 220kV变电所宜从主变压器低压侧分别引接两台容量相同，可互为备用，分列运行的所用工作变压器。每台工作变压器按全所计算负荷选择。

只有一台主变压器时，其中一台所用变压器宜从所外电源引接。

5.2.1 所用变压器应选用低损耗节能型产品。变压器型式宜采用油浸式，当防火和布置条件有特殊要求时，可采用干式变压器。

5.2.2 所用变压器宜采用联结组。

变电所的所用电容量较小，一般为150kVA左右。

所以，确定所用变为两台-200/10的10kV干式配电变压器（，，）。所用电接线方案为单母线分段，正常时运行。

六、短路电流计算

为了保证电力系统安全运行，在设计选择电器设备时，都要用可能流经设备的最大短路电流进行热稳定校验和动稳定校验，以保证该设备在运行中能够经受住突发短路引起的发热和电动力的巨大冲击。同时，为了尽快切断电源对短路点的供电，继电保护装置能够自动地使有关断路器跳闸。继电保护装置的整定和电气设备的选择均需要短路电流数据。

6.1 短路计算条件的确定

1）在计算短路电流时,应考虑可能发生最大短路电流时的电网接线方式,有关变电站和待建变电站主变并列运行。

2）导体和电器的动稳定、热稳定以及设备的开断电流计算,一般选取三相短路时来计算。

3）选择短路电流的计算点。

6.2待设计变电所参数计算

取，

6.2.1主变压器参数计算

6.2.2线路参数计算

6.2.3火电厂A和火电厂B

，

6.2.4

等值系统S1（火电厂A、B折算至变电所E的220kV母线）

，

等值系统S2（系统C折算至变电所E 220kV母线的阻抗）

，

6.2.5等值电路图

在条件允许的情况下，同一电压侧的同种电气设备型号应尽可能一致，所以选择同一电压等级下的最大短路电流作为选择和校验电气设备的依据。

因此，短路计算点的选取原则就是使流过电气设备的短路电流最大，短路计算时间取后背保护动作时间。

6.2.5.1 短路点K1——用于选择10kV出线回路开关设备。

由于10kV出线的后备保护动作时间不大于1秒，加上开关的全开断时间0.1秒，所以取=1.1秒。

6.2.5.2 短路点K2——用于选择10kV主变回路、分段回路开关设备。

考虑到减少同电压等级设备的规格、参数，应将分段和主变回路开关设备确定为相同规格、参数。从后备保护动作延时来保证保护的选择性，分段开关上后备保护的动作时间应当在的基础上加上=0.3秒的级差，而主变侧开关上后备保护的动作时间应当在此基础上再加上=0.3秒的级差，既=1.7秒。

6.2.5.3 短路点K3——用于选择110kV侧开关及闸刀。

考虑简化因数简化计算，将110kV侧出线的后备保护动作时间定为不大于1秒。对桥式接线，桥路开关上后备保护的动作时间应当在此基础上再加上=0.3秒的级差。加上开关全开断时间0.1秒，则=1.4秒。

6.2.5.4 短路点K4——用于选择220kV侧其他开关及闸刀。

220kV主变侧开关为110kV或10kV侧出线故障时相应开关拒动或保护拒动的后背，此处后备保护动作时间必然是=2.0秒

考虑到双母线并列运行时供电可靠性较高，且也是一种常见的运行方式。在此基础上，220kV进线侧后备保护动作时间，应当再加上=0.6秒，即=2.6秒。

6.3短路电流计算

七、主要电气设备的选择

7.1电气设备选择的原则

7.1.1 按正常工作条件选择：

（1）额定电压：与装设地点电网电压相符；

（2）额定电流：≥（回路中最大的长期工作电流）,

（3）设备型式要符合装设地点的环境条件；

（4）设备的选型要尽可能选用技术先进和经济合理的优质产品，尽力减少品种，以便备料、施工和运行维护。

7.1.2 按短路情况校验

（1）动稳定校验：通过最大的短路电流时所产生的电动力不使设备变形、损坏，要求电器允许通过的动稳定电流≥（短路冲击电流）；

（2）热稳定校验：最大的短路电流通过设备引起的发热不超过设备最高允许温度，要求≥且（短路热效应）。

7.1.3 断路器的特殊选择项目

（1）额定开断电流：≥

（2）额定短路关合电流：≥

7.1.4 关于温度修正

根据《导体和电器选择设计技术规定》（DL/T 5222-2005）第6.0.2条的规定，选择导体和电器的环境温度

对裸导体：

对屋外电器：

对屋内电器：

7.2断路器选择

7.3隔离开关选择

八、选择10kV硬母线

8.1 母线材料、截面形状和布置方式选择

材料：一般采用铝母线，特殊场所采用铜母线。本次采用开关柜，间距较小，采用强度高的铜母线。

截面形状：35kV及以下、≤4000A屋内母线，一般采用矩形。本次设计采用矩形

布置方式：本次设计使用开关柜，故采用三相水平布置、导体竖放布置方式。

8.2 按最大持续工作电流选择母线截面

厂家给定裸导体的基准温度是25℃，待设计变电所的最热月平均最高气温32℃，屋内裸导体最高环境温度可取最热月平均最高温度加5℃，即37℃计算。

和，初步选取每相单条、三相水平布置、竖放的矩形铜导体，

8.3 热稳定校验

由热稳定决定的母线最小截面积≤，满足热稳定要求。

8.4 动稳定校验

查表，可知不同相的带电部分的安全净距为0.3，故以相间距=0.5，跨距=0.8（开关柜宽度）。

最大应力，满足动稳定要求。

8.5 结论：选择矩形铜导体，三相水平布置，单条平放，80×10，相间距=0.5，跨距=0.8。

九、继电保护的规划设计

根据《继电保护和安全自动装置技术规程》（GB 14285-2006）的要求，结合本工程具体情况进行设计。9.1 配置及选型方案

9.1.1 220kV线路保护

根据一次系统，结合工程实际,考虑该变电所每回线路应配置两套不同原理、具有选线功能的纵联微机保护，每套微机保护均带有完整的后备保护及重合闸装置。纵联保护通道有两个方案：

第一方案是两侧全部上高频保护，在新建线路上开设载波通道，在两侧配置相应的高频收发信机。

第二方案是两侧均重新配置光纤保护。

结论：每条线路配置RCS－931A型和PSL-602A型高压微机线路保护各一套。

9.1.2 220kV分段保护配置

220kV分段装设充电保护，装于分段操作柜上。另外，保护专业要求分段采用三相机械联动断路器，若招标最终断路器不能满足该要求，分段辅助保护还应具有非全相保护功能。

结论：配置RCS-9611A型微机保护一套。

9.1.3 220kV母线保护

本变电所220kV一次系统采用单母线分段的接线方式。220kV母线保护采用微机保护（含微机分段充电保护、失灵保护、母差保护、分段失灵及死区保护，单母分段接线、单元数按远景配置，至少10个单元）。在各单元加装失灵起动装置，起动母线保护柜中的失灵保护，并与母线差动保护共用跳闸出口回路。

结论：配置RCS-915AB型微机母线差动保护一套。

9.1.4 110kV线路保护

对于联络线路采用微机光纤保护（含完整的后备保护及重合闸功能等），对于终端线路采用微机距离保护、零序保护（含完整的后备保护及重合闸功能等），每2回110kV线路的微机保护组成1面保护柜，本期工程110kV 线路保护共有1面。

结论：每条线路配置RCS-941A型微机线路保护装置一套。

9.1.5 110kV分段保护

110kV分段装设充电保护和备自投装置，设备安装于母联操作箱柜上。

结论：配置RCS-9611A型微机保护一套。

9.1.6 110kV母线保护

110kV母线保护采用微机保护（含微机母联充电保护、母差保护，单母线分段接线，单元数按远景配置，至少16个单元）。

结论：配置RCS-915AB型微机母线差动保护一套。

9.1.7 故障录波器

本期工程考虑接入路模拟量，128路开关量的220kV微机故障录波器柜、110kV故障录波器柜各一面。故障录波器应能接收GPS对时，并可接入保护管理机。

结论：配置YS88A型故障录波器各一套。

9.1.8 10kV母线保护

本工程不装设10kV母线差动保护，但在主变保护柜上加装10kV母线后备电流电压保护装置，作为辅助措施。

9.1.9 10kV线路保护设三段式电流保护、过负荷保护、三相一次重合闸、低周低压减载、小电流接地选线。

结论：每条线路配置一套PSL-1型微机保护装置。

9.1.10 10kV电容器保护设过流保护、电流闭锁失压保护、过电压保护、差压保护、小电流接地选线；

结论：每台电容器配置一套PSC-2型微机电容器保护装置。

9.1.11 10kV分段保护。

10kV系统不设置小电流接地选线微机检测装置，10kV系统小电流接地选线功能由微机保护装置实现。10kV 系统保护监测电流互感器配置详见附图。

9.1.12 主变保护

根据《继电保护和安全自动装置技术规程》和“二十五项重点要求”的有关规定，主变压器采用两套完全、的主保护和两套配置完整的后备保护。按“江苏电网220kV主变压器微机保护配置及组屏推荐方案”，本工程微机保护具有下列保护功能：

9.1.12.1主变压器的保护以重瓦斯保护和比率差动保护为主变内部故障时的主保护，并动作于总出口；轻

瓦斯动作于信号。

9.1.12.2 220kV及110kV侧均装设带方向及不带方向的复合电压闭锁过流保护，带方向过流保护，220kV

侧第一时限跳母联断路器，110kV侧第一时限跳分段断路器；第二时限跳本侧断路器。不带方向过流保护，第一时限跳本侧断路器。第二时限跳三侧断路器。

9.1.12.3 220kV及110kV侧均装带方向及不带方向的零序过流保护。带方向零序过流保护，为两段零序过

流保护，第一段保护220kV侧第一时限跳母联断路器，110kV侧第一时限跳分段断路器，第二时限跳本侧断路器；第二段保护第一时限跳本侧断路器，第二时限跳三侧断路器。不带方向的零序过流保护跳三侧断路器。

9.1.12.4主变公共绕组还装有零序电流保护，动作跳开各侧断路器。

9.1.12.5 220kV侧装设的非全相保护动作跳开本侧断路器。

9.1.12.6 110kV侧装设一套低电压闭锁限时电流速断保护,为母线后备保护，延时跳主变110kV开关。

9.1.12.6 10kV侧装设的限时电流电压速断保护，带二个时限，第一时限跳10kV分段断路器，第二时限跳

本侧断路器（作为10kV侧母线及出线后备保护）。

9.1.12.8 10kV侧装设复合电压闭锁过流保护，第一段跳分段断路器，第二段跳本侧断路器（作为10kV侧

母线及出线后备保护），第三段跳三侧断路器。（作为10kV侧出线后备保护）

9.1.12.9主变三侧及公共绕组均装有过负荷保护，动作于信号。

9.1.12.10辅助保护设有冷却系统故障（油温高、冷却器全停或故障等）、油位异常、压力释放阀动作。辅

助保护动作于信号或跳闸。

关于主变压器主保护用电流互感器的选择，根据电流互感器和电压互感器选择及计算导则研讨会有关文件和典型设计方案评审会议纪要的要求，采用TPY级。

结论：每台主变各配置两套RCS-978JS型微机变压器成套保护装置。

9.1.13 自动装置

故障录波：采用微机故障录波器。对于长线路可设故障测距装置。

低周、低压减载：不设专用低周、低压减载装置，低周、低压减载功能由微机保护装置实现。

小电流接地：不设专用小电流接地检测装置，小电流接地选线功能由微机保护装置实现。

按江苏省继电保护及故障信息管理子站的功能要求，拟配置微机保护信息管理机1台（设备配置应考虑远景）。

微机防误装置一般应与监控系统合一，间隔内设备应有电气闭锁。

9.1.14 自动化

9.1.14.1采用计算机监控系统；监控系统采用分层分布式结构，以间隔为单位。

9.1.14.2配置调度数据网络接入设备1套。

9.1.14.3全站共用一套GPS系统。

9.1.14.4省调所需远动信息由市调转发。

9.1.14.5传输的主通道采用数据网方式，规约为IEC-860-5-104。备用通道采用点对点方式，规约为

IEC-860-5-101。主、备用通道能自动切换。

9.1.15 交直流系统

9.1.15.1交流系统：交流所用电系统采用三相四线制接线，380/220V中性点接地系统。

9.1.15.2直流电源：直流电源考虑通信容量，不设单独的通信电源，蓄电池放在继电器室。安装2组220V 阀控式密封铅酸蓄电池。

9.1.15.3各系统不配置专用UPS电源，全站设一套逆变电源装置，逆变器的直流电源来自220V直流母线，交流电源则来自交流所用电系统。

9.1.16 其他

9.1.16.1 计量：计量系统上网侧计量点为资产分界点，设置上网侧电能量计费系统；计量系统下网侧计量点按“苏电建〔2005〕265号文《关于下发江苏电网下网侧电能量计量系统初步设计审查意见的通知》”确定，

设置下网侧电能量计费系统。装设电能计量集抄装置一套, 装于电度表柜。

9.1.16.2 视频监视系统及火灾、安全报警：安装视频监视系统，火灾报警、安全报警接入变电所计算机监控系统。

9.2 抗干扰措施及二次电缆的选择

变电所的所有保护装置为微机保护，监控系统是由计算机和微机型测控装置组成。这些设备的工作电压很低，易受到干扰。一次系统的操作、短路、雷电侵袭所产生瞬变电磁场通过静电耦合、电磁耦合、传导耦合等形式，极易对二次回路形成干扰，造成设备误动或损坏。另外，二次回路本身如直流回路中电感线圈的开断所产生高电压，也会对电子设备产生干扰。为此，除要求这些设备本身具有一定的抗干扰能力外，还采取下列抗干扰措施：选用屏蔽性能优越的电缆，根据电力系统反事故措施要点，用于微机型保护测控的电流、电压和信号的引入线，所有二次控制电缆选用屏蔽电缆；不同电平的回路不合用同一根电缆；高频同轴电缆应在两端分别接地，并紧靠高频铜轴电缆敷设截面不小于100两端接地的铜导线；强弱电控制、信号回路不合用同一根电缆；交直流回路不合用同一根电缆；所有电流互感器、电压互感器的二次回路接地均按有关反事故措施规定执行。电缆沟上部设置接地线，接地线与主接地网多点连接。二次室所有保护柜的接地铜排应相互连通成环路后通过不小于100的铜导线两端接地。

十、防雷规划及过电压保护

10.1 避雷针的配置

220kV、110kV配电装置为防止直击雷配电装置构架上设避雷针，10kV配电装置设避雷针。

为防止反击，主变构架上不设置避雷针,采用避雷器来防止雷电侵入波对设备绝缘造成的危害。

10.2 避雷器的配置

主变高、中压侧的避雷器应接在主变与最近的开关设备之间，且避雷器回路不得装设隔离开关。根据规程规定，在自耦变压器三侧均装设一组氧化锌避雷器，并接在主变与最近的开关设备之间。

各电压等级的各段母线上均装设避雷器以抑制过电压。

220kV、110kV均为架空出线，均装设避雷器。10kV采用电缆引致变电所外部再以架空出线，均需要装设避雷器。

避雷器的选择，考虑到氧化锌避雷器的非线性伏安特性优越于磁吹避雷器，且没有间隙，保护特性好没有工频续流、灭弧等问题。220kV、110kV、10kV系统均采用氧化锌避雷器。