110kV终端变变电站电气一次系统设计

毕业设计说明书摘要在电力系统中变电站是极为重要的组成部分，所以，变电站的设计正确与否，将影响整个电力系统的安全可靠行和运行效率。本说明书详细介绍了本次110kV 变电站设计的过程和具体步骤。根据各专业提供的资料和相关的设计规范，拟定设计方案同时进行方案比较及作出最终设计方案的确定。首先分析设计原始资料，计算出需要的负荷，同时考虑长远发展情况选择合适的负荷增长率。确定各电压等级出线回路后，选择不同电气主接线进行方案比较，从可靠性、灵活性和经济性三个方面进行，最后选择本次设计电气主接线方案。确定主变型号，计算出 35kV 和 10kV 侧短路电流。根据短路电流值选择和校验相应的电气元件。最后简要说明本次 110kV 变电站防雷接地设计。关键字：110kV 变电站；主接线；短路电流计算；电气设备选型毕业设计说明书IAbstractTransformer substation in electric power system is a very important part of, so, the design of the transformer substation is correct or not, will affect the whole electric power system safe and reliable line and running efficiency.This manual introduces the 110 kV substation design process and specific steps.According to the information provided by the professional and related design specifications, and formulate design plan and scheme comparison and make a final determination of design scheme.First of all the raw data of the analysis and design, calculate the need of load, at the same time, considering the long-term development situation to choose the appropriate load rate.After each voltage grade wire loop, choose a different main electrical wiring scheme comparison, reliability, flexibility and economy from three aspects, finally choose the design of the main electrical wiring scheme.To determine the main transformer model, calculate the 35 kV and 10 kV side short circuit current.According to the short circuit current value selection and check the corresponding electrical components.Finally briefly explain the 110 kV substation grounding design.Key word: 110 kV substation；Main electrical connection；Short circuit current calculation；Electrical equipment selection毕业设计说明书第 0 页目录摘要 .IAbstract .II目录 .1第一章 绪言 .（1）第二章 负荷计算及主变选择 .（2）2.1 原始资料 .（2）2.2 负荷计算 .（2）2.3 主变压器的选择 .（3）2.4 所用变压器的选择 .（5）2.5 小结 .（6）第三章 电气主接线设计 .（7）3.1 电气主接线概述 .（7）3.2 电气主接线的基本要求 .（7）3.3 主接线的基本形式和特点 .（8）3.4 设计方案和结果 .（11）第四章 短路电流计算 .（13）4.1 假设条件 .（13）4.2 基准值选取 .（13）4.3 计算过程 .（14）4.4 短路电流计算结果 .（20）第五章 电气设备选择与校验 .（21）5.1 电气设备选择的原则和条件 .（21）5.2 110KV 侧高压配电装置选择 .（23）毕业设计说明书第 1 页5.3 35KV 侧配电装置选择 .（28）5.4 10KV 高压开关柜的选择 .（31）5.5 本章小结 .（36）第六章 变电站防雷接地设计 .（37）6.1 直击雷保护 .（37）6.2 变电站侵入波保护 .（37）6.3 主变防雷保护 .（38）6.4 变电站接地保护 .（38）第七章 总结 .（39）致 谢 .（40）参考文献 .（41）附录 .（43）毕业设计说明书第 0 页第一章 绪言变电站是电力系统中极为重要的环节，它负责电能的汇集和分配，对整个电网的安全和经济运行起到关键性作用。我国电力系统正在朝着大电网、超高压、大容量方向发展，各种高压设备也在同步发展，并且不断向小型化、免维护或少维护、高可靠性方向发展，高能耗设备将逐步退出市场。110kV 变电站电气设备分一次和二次设备。直接用来接受和分配电能的称之为一次设备。由一次设备组成的回路为电气主接线系统，也可称为一次系统。本说明为 110kV 变电站电气一次系统设计。变电站一次系统的设备主要有主变压器、断路器、隔离开关、母线、互感器、补偿电容及避雷装置等。主变压器是整个变电站的核心，负责转换需要的电压。变电站设计时需要进行负荷计算来确定变压器容量和台数。开关设备（断路器和隔离开关）负责切断和投送电。互感器用来转换电压和电流，进行监测和保护系统。避雷器用来保护系统中的电气设备在过电压情况下不被损坏。母线的作用是传输电能。本次设计的步骤：先进行负荷计算，选定主变，比较确定电气主接线方式，进行短路电流计算，根据短路电流计算结果选择电气元件，最后简单介绍110kV 变电站的防雷接地。毕业设计说明书第 1 页第二章 负荷计算及主变选择2.1 原始资料拟建变电站电压等级：110/35/10kV，两回进出线。设计自然条件：海拔1000m，本地区污秽等级 2 级，地震烈度7 级，最大风速 2.5m/s，最高气温38 摄氏度，最低气温零下 2 摄氏度，平均气温 15 摄氏度。2.2 负荷计算待建的 110kV 变电站各电压等级负荷数据如下表 2-1：表 2-1 各电压等级负荷情况表电压等级（kV）线路名称最大负荷（MW）COS负荷等级供电距离（km）Tmax 及同时率351#10#线路20 0.85 2 30 4000/0.75101#12#线路18 0.85 2 10 4000/0.75考虑未来 5 年的发展，本次 110kV 变电站负荷年增长率按 5%考虑。2.2.1 计算过程综合最大计算负荷：毕业设计说明书第 2 页（2-%)1(cos(max.itjsPKS1）同时系数，出线回路数较少时，取 0.9-0.95,出线回路数较多时，tK取 0.85-0.9； 线损，选用 5%。%1）35kV 侧出线回路为 10 回，取 ，由公式（2-1）计算得：9.0tK(MVA)21%)5()8.25)1(cos(max.35 itjsPS考虑 5%的负荷增长率，则远期总负荷：(MVA)0.12%)(35 jsjsS2）10kV 侧出线回路为 12 回，取 ，由公式（2-1）计算得：850tK=18.9（MVA）)().)1(cos(max.10 itjsPKS考虑 5%的负荷增长率，则远期总负荷：(MVA)845.190.8%)5(10 jsjsS3）110kV 侧选取 ，由公式（2-1）计算得：9.tK(MVA).).2( jsitjs考虑 5%的负荷增长率，则远期总负荷：(MVA)9.4305.189.4)51( jsjS2.3 主变压器的选择2.3.1 主变容量和台数的选择由原始资料中的设计容量可知，应选两台主变压器，35kV 110kV 变电站设计规范GB 50059-2011 中规定“装有两台及以上主变压器的变电站，当其中一台断开时，另一台主变容量不应小于 60的全部负荷。”毕业设计说明书第 3 页容量的选择条件：（2-2）jseSn其中 为变电站总的负荷,(MVA)。js考虑到长远发展，所以使用远期负荷进行计算。计算结果如下： (MVA)95.21.4321 jseS暂定考虑容量为 31.5MVA 的变压器。本次设计考虑 65%的全部负荷来进行校验，按实际负荷：， （2-3）jseSn65.0)1(带入数据:（MVA)23.7895.41.3js满足条件。2.3.2 变压器型号选择1）绕组数量和连接组别选择文献 3中规定“变电站中有三个电压等级，且主变各电压侧负荷容量均超过主变容量的 15时，优先选用三圈变压器。”本次设计变电站有三个电压等级，校验得：/ 21/41.895 0.50.1535Sjs10j/ 18.9/41.8950.450.15jjs故选用三绕组 110kV 变压器，绕组的连接方式与系统电压相位一致， 绕组采用 Y0 连接，35kV 采用 Y 形连接，10kV 采用 连接；110kV 侧中性点经隔离开关接地，35kV 侧中性点不直接接地，10kV 侧中性点可靠接地。2）调压方式选择普通变压器调压范围为5%，调节范围小，同时操作不便，遇到逆调压毕业设计说明书第 4 页情况时，不能满足使用要求。有载调压变压器调压范围一般为 15%以上，既可以向系统传输功率，又能从系统反送功率。有载调压变压器可以在保证供电质量的前提下，保持母线电压恒定不变。本次设计选择有载调压变压器，其分接头为11081.25/38.522.5/10.5kV。3）容量比选择国内降压变压器容量通常有两种方式选择，100/100/100 和 100/100/50。由上述计算可知：主变压器额定容量为 31500kVA，35kV 侧负荷占主变容量的71，10kV 侧负荷占额定容量的 60，均大于 50，故本次设计选择容量比100/100/100。4）冷却方式选择：变压器常用冷却方式有 4 种，分别为自然风冷、强迫油循环风冷、强迫油循环水冷、强迫导向油循环冷却。冷却系统的好坏关系到供电系统的可靠性，同时考虑日常操作和维护，本次设计选择自然风冷。设计选用两台 SFSZ931500/110 有载调压变压器，两台变压器暗备用，具体参数如下：表 2-2 变压器技术数据额定电压（kV） 损耗（kW）型号额定容量（kVA） 高压 中压 低压空载短路阻抗电压（%）空载电流（%）连接组别SFSZ9-31500/11031500 1108x1.25% 38.52x2.5% 10.5 8.2 41Uk1-2=10.5%Uk1-3=17.5%Uk2-3=6.5%1Yn、Yn0、d11毕业设计说明书第 5 页2.4 所用变压器的选择2.4.1 所用变台数的确定站用负荷在变电站中属重要负荷，故大中型变电站，一般设两台站变。本次设计的 110kV 变电站，有两台主变和两段 10kV 母线，考虑运行可靠、检修和维护方便，设两台所用变，采用暗备用方式。2.4.2 所用变容量的确定站用变压器容量应满足正常运行负荷需求，并留有 10%左右的裕量。两台站变互为备用，正常情况下只有一台所用变在工作，故其要负担所有站用负荷，本次设计选用两台容量相等的站用变压器，站变分别接在 10kV 两段母线上。站变容量一般按照主变容量的（0.10.5）考虑，本设计以 0.1来选择，采用 Dyn11 接线组别。单台所用变容量 S 所