论文总字数：16055字

目 录

1 绪论 3

1.1研究背景 3

1.2国内外研究现状 3

1.3本次设计主要内容 3

2.主接线设计 4

2.1接线设计要求 4

2.2主接线的类型 5

2.3本章小结 7

3.主变压器设计 7

3.1主变型式的选择 7

3.2主变压器台数的选择 7

3.3主变压器的容量选择 8

3.4变压器的接地方式 8

3.5本章小结 8

4.短路电流计算 9

4.1仿真模型的建立 9

4.2仿真参数的计算 10

4.3仿真结果的分析 13

4.3.1 220kV高压侧母线三相短路 13

4.3.2 110kV中压侧母线三相故障 14

4.3.3 10.5kV低压侧三相短路（分列运行） 16

4.3.4 10.5kV低压侧三相短路（两台变压器并列运行） 17

4.3.5 10.5kV低压侧短路故障（三台变压器并列运行） 18

4.4本章分析 19

5.电气设备 19

5.1断路器 19

5.2隔离开关 22

5.3母线 23

5.4互感器 23

5.4.1电流互感器 23

5.4.2电压互感器 24

6.避雷保护 25

6.1雷电危害 25

6.2雷电防护 26

6.3架空线路与变电站防雷措施 26

6.4本章小结 26

7.系统设计图 27

8.总结 27

参考书目: 27

附录： 29

致谢 30

220kV变电站主接线设计

崔鹏飞

, China

Abstract: This article is mainly about the 220kV substation of a wiring design, the main content is the main wiring choice, the choice of the main transformer, short circuit current MATLAB simulation and the selection of major electrical equipment. In the selection of electrical main wiring, the main wiring of three types of busbar connection, double busbar connection and double busbar bypass wiring are discussed. The most reasonable wiring type is selected by analyzing and comparing. The main transformer selection is mainly According to the requirements of the system design, the phase number, type and capacity of the transformer are selected. For the calculation of the short-circuit current, the simulation is carried out by MATLAB, which simplifies the calculation and makes the short-circuit current more accurate. In the electrical equipment, Considering the circuit breaker, isolating switch, current carrying conductor, transformer and reactive power compensation, and made a brief check; the final formation of a complete 220kV substation main wiring design.

Key words: substation; main wiring; MATLAB simulation; short circuit current; electrical equipment

1 绪论

1.1研究背景

目前，随着经济的发展，能源显得日益重要，而电能作为经济发展的重要基础，更是不可或缺。当前，经济的发展，技术的进步，对变电站的设计的要求更严格，220kV变电站也是高压输送的重要环节；相比较于其他变电站，220kV变电站具有占地面积小，投资少等优点，而且，该变电站还具有可靠性和经济性，因此对于220kV变电站的研究具有很强的实用性。本次设计就主要是考虑了变电站的可靠性。

1.2国内外研究现状

变电站是传输电力的必要环节，在我国的应用技术日趋成熟。随着技术的发展，变电站自动化控制检测成为了变电站研究的新趋势，然而，不论是当前人工值班的变电站，还是新型的自动化监控变电站，220kV变电站都是我们变电站的主流；因此对于220kV变电站的相关研究具有实用意义^[13]。

现在我国由于实际发展的要求，对于变电站主要是向变电站自动化综合系统的转变，对于相关的技术研究和应用也是日趋成熟，数字化变电站更是自动化综合技术的一个里程碑，对于未来的发展具有深远的意义。

相比较国内的研究，由于国外的资源比较缺少，电力资源难以满足需求，因此国外针对电力系统的损耗具有更高的要求，由此形成了比较先进的变电技术和变电理论，追求的是更少的损耗，更高的可靠。由于国内外的实际情况的不同，导致了对于变电站的研究方向也略微所区别^[19]。

目前，我国的变电站主要是由有人值班向无人值班的过渡，由老设备向新设备的过渡。

1.3本次设计主要内容

本文主要是对220kV地区变电站的一次接线研究和讨论；设计内容：

该变电站全部工程设计三台主变压器，一期工程配置两台，二期工程配置一台，系统的中压侧负荷为180MW，功率因数0.85,；低压侧负荷容量为30MW,功率因数为0.9。

各电压等级出线回路包括：

（1）高压侧为220kV，出线回路6回路（备用2回路）；

（2）中压侧为110kV，出线回路12回路（备用2回路）；

（3）低压侧为10.5kV，出现回路20回路(备用6回路)。

本次设计主要思路：

（1）对220kV、110kV和10.5kV的主接线的讨论分析；通过可靠性，经济性等原则进行合理的选择；

（2）对变电站的主变压器进行选择，由于主变压器承担着功率的传输，因此在选择时，要在可靠性的基础上考虑好相数，型式等问题；

（3）基于MATLAB仿真的短路电流计算，既可以简化复杂的运算量，还提供的可靠地数据，用来选择相关的电气设备；

（4）在短路电流计算的基础上，对变电站的主要电气设备讨论设计，主要是断路器、隔离开关、母线类型、互感器等选择以及校验；

（5）对变电站的防雷举措讨论分析；

（6）绘制总体变电站的主接线设计图，并简要概述。

2.主接线设计

电气主接线是指系统的一次设备，如发电机，变电站等连接成所要求的电路。变电站的电气接线是输电线路重要组成部分，它表明变电站的变压器，各等级的进出线回路，电气设备等以最可靠经济的的接线方式与系统连接。变电站的主接线包括所有电压等级各侧以及变压器的接线。

2.1接线设计要求

1.可靠性

可靠性是电能生产的首要任务。停电影响的不仅仅是发电厂，还有社会的经济生产各个方面，都会造成严重的损失，尤其是生产力发达地区，由于故障断电，会导致各个行业停工停产，甚至造成人员伤亡，城市公共秩序混乱等情况的发生，这样的社会影响和经济损失，是很难衡量的。所以，供电系统的线路可靠性是第一原则。

电气接线的可靠性相对而言的，譬如枢纽变电站的可靠性要求要比地区变电站的高，因此对于主接线的设计要求也是截然不同的，所以在考虑系统接线的可靠性时，我们要从多个方面进行考量，包括变电站的性质、负荷的性质、经济的发展情况、电气设备的制造技术等诸多因素^[16]。

主接线可靠性的基本要求通常包括以下几个方面：

1.断路器的定期维护对系统供电的影响；

2.电气设备的定期检修或者线路、母线故障时，保证一类用户和大部分二类用户不断电的能力；

3.充分考虑发电设备、变电站全部故障的情况；

4.主要发电设备突然停运时，保证系统输电的可靠性。

2.灵活性

主接线的灵活性，要求是在传输线路或者配电场所故障时，可以快速的切换到其他运行状态。灵活性包括以下几个方面。

1. 操作的方便性；在设计接线时，在可靠性的基础上要充分考虑一旦故障时，操作人员可以通过简单操作，切除故障或改变运行状态，避免设备接线的复杂以及操作的繁琐。

2.调度的方便性；在系统正常工作的条件下，可以根据负荷以及供电容量变化情况，改变运行状态；当系统故障时，必须快速切除故障，减小断电范围，保证其他负荷的可靠供电。

3.扩建的方便性；配电站的建设，需要考虑长期的发展，因此要分析系统扩建的方便性，尽可能在供电范围影响最小的情况下，实现从初期到终期扩建的情况^[7]。

3.经济性

在主接线设计的过程中，可靠性、灵活性与经济性必然存在一定的矛盾，但是电力系统的可靠性和灵活性是首要原则，因此在满足两者要求的基础上，实现投资少、费用低，做到经济合理^[8]。

1.节省一次投资。在满足可靠性的基础上，选择电气设备可以选择价格低廉的设备，但是要合理分析设备检修故障频率引发的停电损失，避免重复投资。

2.占地面积少。

3.电能损耗少。在配电站中，由于主要损耗是变压器产生的，因此在选择变压器时，要合理选择，降低损耗。

2.2主接线的类型

1.单母线分段接线

通过隔离开关和断路器将两条母线连接在一起，每条母线都有负荷和电源，这就是单母线分段接线,如图1。

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