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220kV变电站一次部分初步设计开题报告

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2020年4月19日
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毕业设计

开 题 报 告

课 题 名 称 220KV变电站电气一次部分

初步设计及防雷保护

院　 系 机电与自动化学院

专 业 班 电气工程及其自动化1306班

姓　 名 潘建雄

评 分

指 导 教 师 张雅晶

武 昌 首 义 学 院

毕业设计开题报告撰写要求
1.开题报告的主要内容
1）课题设计的目的和意义；
2）主要参考文献综述；
3）课题设计的主要内容；
4）设计方案；
5）实施计划。
6）主要参考文献：不少于5篇，其中外文文献不少于1篇。
2．撰写开题报告时，所选课题的课题名称不得多于25个汉字，课题研究份量要适当， 研究内容中必须有自己的看法和观点。
3.开题报告的字数不少于3000字（艺术类专业不少于 字），其中，主要参考文献综述字数不得少于1000字，开题报告的格式按学校《本科毕业设计/论文撰写规范》的要求撰写。
4. 指导教师和责任单位必须审查签字。
5．开题报告单独装订，本附件为封面，后续表格请从网上下载并用A4纸打印后填写。
6. 此开题报告适用于全校各专业，部分特殊专业需要变更的，由所在院（系）在此基础上提出调整方案，报学校审批后执行。

武昌首义学院本科生毕业设计开题报告
学 生 姓 名
潘建雄
学 号

专业班级
电气工程及其自动化1306班
院（系）
机电与自动化学院
指导教师
张雅晶
职称
工程师
课题名称
220kV变电站电气一次部分初步设计及防雷保护
1. 课题设计的目的和意义
1.1　课题设计的目的
中国电力系统的责任是优化发展变电站，提高电能质量，向各部门输送充分、可靠、优质、廉价的电能。本课题的目的是根据该地区用电规模和未来的发展状况，并结合当地地理环境，使设计出来的220kV变电站具备更好地安全性、可靠性、经济性和先进性。
1.2课题设计的意义
现代电力系统是一个巨大的、严密的整体，各类发电厂、变电站分工完成整个电力系统的发电、变电和配电的任务。变电站是电力系统中变换电压、接受和分配电能、控制电力的流向和调整的电压的电力设施，变电站的设计是电力工业建设中必不可少的一个项目。由于变电站设计的内容多，范围广，逻辑性强，不同电压等级、不同类型、不同性质负荷的变电站设计所侧重的方面是不一样的。设计中要针对变电站的规模和形式，具体问题具体分析。一方面是供电系统设计越来越全面、系统，另一方面是用电量的迅速增长，对电能质量、技术经济状况、供电的可靠性指标日益提高，因此对供电设计也有了更高、更完善的要求。设计是否合理，不但直接影响基建投资，运行费用和有色金属的消耗量，也会反映在供电的可靠性和安全生产方面。它和企业的经济效益、设备人身安全密切相关。因此设计的220kV变电站具有较好的安全性、可靠性、经济性和先进性极为重要。
2. 主要参考文献综述
电能是一种十分重要的二次能源，它是由蕴藏于自然界中的煤、石油、水力、天然气、核燃料等一次能源方便地转化而来；同时，电能也能够方便地转换成机械能、光能等其它形式的能源供人们使用。电能的生产和使用具有其它形式能源不可比拟的优点，它转换容易、便于远距离输送，能灵活、方便地进行控制，生产成本底，对环境不构成
污染等。因此，电能已成为工业、农业、交通运输、国防科技及人民生活等各方面不可缺少的能源。
电力工业的发展水平，是一个国家经济发达程度的重要标志。毫无疑问，电力工业在国民经济中占有十分重要的地位，是国民经济重要的基础工业，也是国民经济发展战略中的重点和先行产业。电力工业必须优先于其它工业部门的发展而发展，其建设和发展的速度必须高于国民经济生产总值的增长速度，只有这样，国民经济各部门才能够快速而稳定地发展，这是社会的进步，综合国力的增强及人民物质文明生活现代化的需要。
变电站是电力系统中变换电压、接受和分配电能、控制电力的流向和调整电压的电气设施。在电力系统中，变电站是输电和配电的集结点。根据变电站在电力系统中的地位和作用对其分类，能够分为枢纽变电站、中间变电站、区域（地区）变电站、企业变电站和末端（用户）变电站。
电气一次部分也称为电气主接线，是变电站电气部分的主体，也是电力系统网络的的重要组成部分或枢纽点。电气主接线直接关系到电力系统运行的可靠性、灵活性和安全性，直接影响变电站电气设备的选择，配电装置的布置，保护与控制方式选择和检修的安全与方便性。保证电力系统的安全可靠运行是电力生产的首要任务，但可靠性不是绝正确，在满足可靠性的前提下，还需要与灵活性和经济性协调一致，避免浪费。
雷电是大自然中最宏伟壮观的气体放电现象，它从远古以来就一直吸引人类极大的关注，因为它会危及人类及动物的生命安全，引起森林大火、损毁各种建筑物。
雷电放电所产生的电流高达数十、数百甚至数千安培，会引起巨大的电磁效应、机械效应和热效应。从电力工程的角度来看，这些效应主要体现在两个方面：雷电放电在电力系统中引起很高的过电压，它会造成电力系统绝缘故障和停电事故；雷电放电所产生的巨大电流，可能使被击物炸毁、燃烧，使导体熔断或经过电动力引起机械损坏。因此在变电站的设计中，必须采取有效的防雷保护措施，以保证电气设备和建筑物的安全。变电站是多条线路的交汇点和电力系统的枢纽，其发生雷害事故往往会造成大面积的停电，损失比输电线路要严重的多。不过变电站的建设地域比较集中，容易集中加强保护。
我的看法是：电能在人们生活中扮演着不可或缺的角色，它是现代社会文明的基础。改革开放以来，中国电力工业取得了突飞猛进的发展，其中变电站的建设必不可少，而变电站电气一次部分的设计和防雷保护是变电站建设中极为重要的部分。遵循电气主接线的可靠性、灵活性、经济性三项基本要求，设计出更实用的220kV变电站方案。
3. 课题设计的主要内容
变电站设计一般包括站址选择和站区布置、电气部分及土建部分三大部分。设计程序分为可行性研究、初步设计和施工图设计三个阶段。可行性研究阶段是对上级批准建设的已规划的输变电工程项目进行可行性研究，提出可行性研究报告。主要内容为变电站站址选择和变电工程设想。变电站站址选择原则上应提出两个或两个以上可行的站址方案，主要包括：站址区域概况、站址的拆迁赔偿情况、出线条件、站址水文气象条件、水文地质及水源条件、站址工程地质条件、进站道路和交通运输、站址环境、站用电源、通信干扰、施工条件和站址方案技术经济比较等。变电站工程设想主要包括变电站变电容量、各级电压出线回路数、无功补偿及其它装置情况等，如电气主接线及主要电气设备选择、电气布置、电气二次、站区总体规划和总布置、建筑规模及结构设想、供排水系统、采暖通风和空气调节系统等。可行性研究阶段还应提供有关图样和必要的协议。初步设计阶段根据上级下达的可行性研究报告审查意见和可行性研究阶段确定的规模进行初步设计，主要包括：电力系统、电气部分、二次系统、土建部分、消防部分、环境保护、水土保持、节能减排、劳动安全卫生、主要设备材料清册和概算部分。施工图设计阶段根据上级审查批准的初步设计，进行满足订货和细部施工要求的施工图设计。
根据电气主接线的设计原则，拟定至少两个电气主接线方案，比较各个主接线的优缺点和技术经济性，确定一个较佳主接线方案；根据变压器选型原则，进行负荷计算和无功补偿容量计算，确定主变压器的台数、容量、类型及型号；计算站用电负荷，进行站用变压器选型，确定变电站站用电接线；进行必要的短路电流计算，完成导体和电气设备的选型及设备用电接线方案；完成防雷及过电压保护装置设计；电气部分图样的编制。
4. 设计方案
根据任务书上所给的原始资料可知，本变电所的电压等级为220/110/35kV，其中220kV母线有4回输出线路，2回与系统A相连，线路长度为80km，2回与系统B相连，线路长度为60km，A、B两个系统的容量分别为280MVA和320MVA；中压侧110KV母线送出6回线路，最大负荷为45MW，功率因数为0.9，负荷同时率为0.85，I、II级负荷占80%；35kV侧主要供给石油及重工，母线送出12回线路，最大负荷为5000KW，功率因数为0.9，负荷同时率为0.85，I、II级负荷占70%。初步设计方案如下：
4.1 220kV电压等级接线方案
由于220kV侧出线数为4回，系统A、B的容量较大，要求供电可靠性高，双母线接线与单母线接线相比，投资有所增加，但可靠性和灵活性大为提高，宜采用双母线接线，如图4-1。
图4-1 双母线接线
规程规定，采用母线分段或双母线的110-220kV的配电装置，在满足下列条件时能够不设旁路母线：当系统允许停电检修时，如为双回路供电或负荷点可又线路其它电源供电；当线路允许断路器停电检修；配电装置为屋内型为节约配电面积可不设旁路母线而用简易隔离开关代替。
4.2 110kV电压等级接线方案
由于110KV侧送出6回线路，I、II级负荷所占比重大，电压等级高，输送功率较大，停电影响较大，要求供电可靠性高，宜采用带有专用旁路断路器的旁路母线双母线接线，如图4-2。
图4-2 双母线带旁路母线接线
4.3 35kV电压等级接线方案
由于35kV侧送出回路为12回，超过8回，最大负荷为5000KW，承载负荷较大，I、II级负荷所占比重较大，宜采用双母线分段接线，如图4-3。
图4-3 双母线分段接线
4.4 主变压器的选择方案
初步筛选的原则如下：
（1） 该220kV变电站有三种电压等级，宜采用三相三绕组变压器；
（2） 该220kV变电站属于中间变电站，为保证系统的电压质量，宜采用有载调压方式的变压器；
（3） 该220kV变电站，变压器容量大，其低压绕组主要带无功补偿电容器和所用电，容量小，为降低变压器的造价，宜选择100/100/50的容量比；
（4） 根据主变压器容量的选择原则，宜采用5台150MVA的变压器。
综上所述，可先将型号定为SFPSZ7—150000/220。
4.5 防雷保护及配置
变电站出现的雷电过电压有两个来源：
（1） 雷电直击变电站
（2） 沿输电线路入侵的雷电过电压波
变电站的防雷保护主要分为三种情况：
（1） 直击雷过电压保护
（2） 雷电侵入波过电压保护
（3） 变压器的防雷保护
常见的避雷器分为以下四种：
保护间隙：用于配电系统及其线路以及电厂和变电站进线的保护。
管式避雷器：用于变电所、发电厂的进线保护和线路绝缘弱点的保护。
阀型避雷器：用于保护发电站或者变电站变电设备的保护。
氧化锌避雷器：用来保护电力系统中各种电器设备免受过电压损坏。
本工程选用三相三绕组变压器，主变220、110、35kV进线均设置避雷器进行保护。具体工程应对220、110、35kV三侧的避雷器保护范围进行校验。
5. 实施计划
（1） - 第一学期第14-17周：根据毕业设计课题要求，查阅相关资料，翻译外文文献，了解220kV变电站一次设计的现状，明确设计内容，理清设计思路，初步分析并制定设计实施方案；
（2） - 第一学期第18周：撰写开题报告，并进行开题答辩；
（3） - 第二学期第1-2周：根据拟定的课题实施方案，进行必要的短路电流计算；
（4） - 第二学期第3-5周：选择和校验所需的电气设备，设计和校验母线系统，进行防雷保护的设计；
（5） - 第二学期第6-8周：撰写并提交毕业设计论文初稿，经指导老师批改指点后，修改论文初稿，定稿。
6. 主要参考文献
[1] 钟定珠. 变电站过电压保护与接地装置. 北京：中国电力出版社， .
[2] 熊信银，张步涵．电气工程基础．武汉：华中科技大学出版社， .
[3] 苗世洪，朱永利. 发电厂电气部分（第五版）. 北京：中国电力出版社， .
[4] D P KOTHARI，I J NAGRATH. Power System Engineering. 北京：清华大学出版社， .
[5] 许珉. 变电站电气一次设计. 北京：机械工业出版社， .
[6] 王邦林. 电气工程一次部分. 北京：中国水利水电出版社， .
指导教师意见

指导教师签字：
年 月 日
答辩小组意见：

组长签字：
年 月 日
系（教研室）审查意见：

系（教研室）负责人签字：
年 月 日
院系审查意见：

院系负责人签字：
（公 章）
年 月 日
（此表由学生填写，指导教师、答辩小组、系（教研室）、院系签署意见）