110kV变电站初步设计计算说明书.doc

110kv变电站初步设计 110kv变电站初步设计计算说明书设计人:学号:指导老师: 2011年2月15日摘 要本论文是110kv降压变电所电气一次部分设计，论证分析了某110kv变电所的电气主接线方式的各种优点，对设备的选型作了详细的说明和计算，短路电流的计算有严格的计算书。按照电网发展规律，提出了电气主接线方式应符合可靠性、灵活性、经济性的要求，设备的选择必须满足电网长远发展和各种事故条件下安全可靠运行的要求。针对该110kv变电所的要求，结合实际工作经验，本文提出了110kv母线采用内桥形接线、35kv母线采用单母分段的接线、10kv母线采用单母分段的接线方式，主变采用三相三绕组变压器， 110kv、35kv、10kv断路器选用sf6和真空开关，主变保护的配置按规程规定进行配置，以满足电网发展及安全稳定经济运行的需要。目录第一篇 设计说明书2第一章变电所总体分析2第二章主变压器的选择3第一节 主变压器额定容量的选择原则3第二节 负荷统计3第三节 单台变压器容量的选择4第四节 主变压器绕组的连接形式和中性点接地的确定4第五节 节主变压器选择结果4第三章主接线的设计原则6第一节 电气主接线6第二节 方案选择7第四章防雷设计及接地装置设计10第一节 雷电侵入波保护10第二节 直击雷保护10第二篇 短路电流的计算及设备选择0第一章短路电流的计算0第一节 短路电流计算的目的0第二节 短路电流计算的条件01.计算的假定条件02 一般规定03.参数转换14.三绕组变压器参数计算15.标幺值的计算2（1）系统电抗标幺值2（2）主变压器绕组的电抗标幺值26.计算各短路点的三相短路电流3（1）d1点短路时的计算4（2）d2点短路时的计算4（3）10kv 侧母线短路即d3点短路57.短路电流计算结果6第二章电气设备的选择与校验7第一节 断路器及隔离开关的选择7（1）断路器的选择要求7（2）断路器的选择7（3）隔离开关的选择9第二节 母线和电缆的选择10(1) 110kv侧母线的选择10(2) 35kv侧母线选择11(3) 10kv侧母线选择11 110kv变电站初步设计 (4) 10kv侧903出线电缆的选择12第三节 电流互感器的选择13第四节 电压互感器的选择14参考书目15致 谢15110kv变电站初步设计 1设计题目：110kv变电站初步设计 第一篇 设计说明书第一章 变电所总体分析此变电站为某县的一个主要变电站，该县电力的缺额将由电网通过此变电站供电，来满足该县各方面的电力需求。由负荷预测可知，2010年及2015年本变电站综合最大负荷为19800kw及50100kw。变电站电压等级采用110kv、35kv、10kv三个电压等级，根据电网发展确定：（1）110kv侧：进、出线各2回。（2）35kv侧： 4回出线，外加备用2回，共6回，最大负荷35300kw。（3）10kv侧： 出线共6回，外加备用2回，共8回，最大负荷14800kw。 根据电网及运行经验可知，系统最大运行方式容量为3500mva，系统电抗标幺值为0.448；系统最小运行方式容量为2800mva，系统电抗标幺值为0.455（以系统容量及电压为基准的标幺值）。年最大负荷利用小时数为5600h，线损率取5%，功率因素取0.85。 在建站的自然条件：变电站所在地年平均气温13.120，年日照时数1542-1904小时，年平均降雨量960-1600毫米，地势自西向东逐渐下降，最高海拔2427米，最低海拔35米，境内高山、丘陵和平原兼有。第二章 主变压器的选择三相变压器与同容量的单相变压器组相比，其铜和钢片材料损耗都节省了20 % 50%，从而使价格较低且安装占地面积较小，且运行损耗减小12 % 15 %，因此一般情况下规定使用三相变压器。使用单相变压器的情况主要是考虑了运输问题，单相变压器一般应用于500kv及以上电压等级的发电厂和变电站中。本工程要求采用110kv、35kv、10kv三个电压等级，因此本站使用三相变压器。主变压器的台数越多，其利用率就越高，供电的可靠性也就越高，变电站的主变压器台数不宜少于两台，最多不宜超过四台。35220kv变电站一般配置两台或三台主变压器，当一台主变压器退运时，其负荷自动转移到正常运行的主变压器上，此时，运行的主变压器的负荷不应超过其短时允许负荷的过载容量，并通过电网操作，将主变压器的过载部分转移到中压电网。因此，结合变电站的供电可靠性灵活性以及经济性并考虑负荷远景的发展情况，本站设计选择主变压器数量为两台。第一节 主变压器额定容量的选择原则1）、根据变电站所带负荷的性质、电压等级、城市未来发展规划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站，为保证供电可靠性，应考虑当一台主变压器停运时，应该能保证用户的一级和二级负荷的连续供电；对于一般性变电站，当一台主变压器停运时，其余变压器容量能保证全部负荷的70%80%不受影响。2）、同级电压的单台降压变压器容量等级不宜太多，应从全网出发，推行系列化、标准化，便于系统运行和设备检修。3）、主变压器容量的确定一般需要考虑及5 10年后的规划负荷选择。4）、在满足负荷的前提下，应使变压器的功率损耗最小，即保持经济运行方式，而变压器的经济运行区应在负荷率的45 % 70 % 之间，过高或过低的运行都将增加变压器功率损耗。第二节 负荷统计 负荷计算应该在现有的负荷基础上按一定的增长率考虑满足未来五年负荷需求，一般增长率取5 % 10 %，此取10 %。由负荷预测可知，2010年及2015年本变电站综合最大负荷为19800kw及50100kw。第三节 单台变压器容量的选择本站为单侧供电，主变压器为两台，考虑到运行的可靠性，当一台主变压器在故障或者检修时另一台正常运行能保证负荷侧60 %80 %计及过负荷能力后的允许时间内，应该能保证用户的一级和二级负荷，考虑到变电站以后负荷的增长及工程的分期施工，本站取保证70%的单机额定运行时候对负荷供电能力。即为单台主变压器故障负荷=501000.7=35070（kw）=35.07mva因为110kv等级电压变电站常用的容量有40mva、50mva，结合本站负荷未来发展及扩建的可能，本设计选择单台变压器容量为50mva。第四节 主变压器绕组的连接形式和中性点接地的确定在我国，110kv及以上变压器绕组都采用 yn 型连接，其中性点一般都是直接接地，35kv侧采用y 型连接，其中性点接地多采用经消弧线圈接地，10kv则采用方式连接在运行中，中性点是否接地，需要由电网运行调度要求、继电保护要求等条件确定。因此本站两台主变的接线方式和中性点接地法确定为：110kv采用 yn 型连接点，直接接地，35kv侧采用y 型连接，中性点采用经消弧线圈接地，10kv则采用方式连接，中性点采用经消弧线圈接地。 第五节 节主变压器选择结果综上所述，本设计选用三相有载调压变压器，容量为50mva，参照相关产品资料数据表，选择型号为sfsz9-50000的变压器。主要相关数据如下表3-1表3-1 所选主变压器各项参数型号台数电压组合连接组标号损耗(kw)阻抗电压u %高中低空载损耗负载损耗sfsz9-5000021108*1.2538.52*2.511ynynod1146.2204第三章 主接线的设计原则第一节 电气主接线电气主接线是由高压电气设备连成的接收和分配电能的电路，是发电厂和变电所最重要的组成部分之一，对安全可靠供电至关重要。因此设计的主接线必须满足如下基本要求：一主接线设计的基本要求：主接线的基本要求：应满足可靠性，灵活性和经济性。（一）可靠性：安全可靠是电力生产的首要任务，保证供电可靠是电力生产和分配的首要要求，主接线首先应满足这个要求。可靠性的具体要求：1断路器检修时，不影响对系统和负荷的供电；2断路器和母线故障以及母线检修应尽量减少停电时间及回数，并要保证一级负荷及大部分二级负荷的供电。3尽量避免全所停运、停电的可能性。（二）灵活性：主接线应满足在调度、检修及扩建时的灵活性。1调度时，应可以灵活地投入和切除变压器和线路，调配电源和负荷，满足系统在事故运行方式，检修运行方式以及特殊运行方式下的系统调度要求。2检修时，可以方便地停运断路器、母线及其继电保护设备，进行安全检修，而不致影响电力网的运行和对用户的供电。3扩建时，可以容易地从初期接线过渡到最终接线。在不影响连续供电或停电时间最短的情况下，投入变压器或线路而不互相干扰，并且对一次和二次部分的改建工作量最少。（三）经济性主接线在满足可靠性、灵活性要求的前提下，做到经济合理。1投资省（1）主接线应力求简单清晰，以节省断路器、隔离开关、电流和电压互感器、避雷器等一次设备。（2）要能使继电保护和二次回路不过于复杂，以节省二次设备和控制电缆。（3）要能限制短路电流，以便于选择价廉的电气设备或轻型电器。（4）如能满足系统安全运行及继电保护要求，110kv及以下终端或分支变电所可采用简易电器。2占地面积小主接线设计要为配电装置布置创造节约土地的条件，尽量使占地面积减少。3电能损失少经济合理地选择主变压器的种类、容量、数量，要避免因两次变压而增加电能损失。（四）、具有发展和扩建的可能性。 除以上三点之外，电气主接线还应具有发展和扩建的可能，以适应电力工业的不断发展，满足社会各方面高速发展对电力的需求。第二节 方案选择方案一：如图一所示，110kv侧为内桥形接线方式，10kv和35kv侧均为单母线分段接线方式。 图一 方案二：如图二所示，110kv侧为双母线接线方式，35kv侧为单母线分段接线方式，10kv侧为单母线不分段接线方式。 图二 方案三：如图三所示，110kv侧为单母线分段接线方式，10kv和35kv侧均为单母线分段带旁路接线方式。 图三 各种接线方式优缺点比较电压侧方案110kv侧35kv侧10kv侧优点缺点优点缺点优点缺点方案(一)布置简单、造价低，容易发展为分段单母线。可靠性不高，变压器投切或检修时操作较复杂。结构简单、方便经济，供电可靠性高。当一段母线隔离开关故障或检修时，该段母线所有回路停电。结构简单、方便经济，供电可靠性高。当一段母线隔离开关故障或检修时，该段母线所有回路停电。方案(二)供电可靠、调度灵活、扩建方便，故障后能迅速恢复供电。占地大、造价高，倒闸时容易误操作。母线故障时影响范围大。结构简单、方便经济，供电可靠性高。当一段母线隔离开关故障或检修时，该段母线所有回路停电。结构简单、操作方便、便于扩建、造价低。可靠性低，母线故障与检修均需整个配电装置停电。方案(三)结构简单、方便经济，供电可靠性高。当一段母线隔离开关故障或检修时，该段母线所有回路停电。供电可靠性高，检修回路断路器时不需停电。增加投资和占地面积、不经济，接线较复杂。供电可靠性高，检修回路断路器时不需停电。增加投资和占地面积、不经济，接线较复杂。分析：110kv 侧是两根进线，结合以上各种接线方式的优缺点以及现实情况，可以考虑的接线有内桥形接线方式和单母线分段接线方式，但由于内桥形接线更经济，故本设计选用内桥形接线方式。35kv工程为6回出线。结合单母线带旁路接线方式适用于进出线不多，容量不大的35kv110kv变电站和小型发电厂，具有足够可靠性和灵活性的特点，本设计35kv侧工程接线方式选择为单母线分段接线方式10kv工程为8回出线，考虑到以后扩建的因素，出线回路较多，且10kv所带负荷较小、距离较短、容易取得备用，因而不考虑设旁母。因而本设计10kv侧接线方式选择为单母线断路器的分段接线方式。综上所述，应选用方案（一）： 110kv侧为内桥形接线方式，35kv 和10kv侧均为单母线分段接线方式。第四章 防雷设计及接地装置设计变电所是电力系统的中心环节，若发生雷击事故，将造成断路器跳闸，而引起大面积停电，严重的雷击过电压将有可能损坏主要电气设备，而使变电所长时间停电，因此变电所必须进行防雷保护。变电所遭受雷害可能来自两个方面，雷直击于变电所，雷击线路沿线路入侵的雷电波，对直击雷的保护一般采用避雷器或避雷线，对雷电侵入波的保护，采用母线上装装设避雷器，设置母线保护段以及采取主变保护，和变压器中性点保护的方法，以限制入侵雷电波的幅值。第一节 雷电侵入波保护 1进线段保护110kv全线架设避雷线。2母线上装设避雷器。在每个母线上都应装一组，且离主变近一些，避雷器距变压器和其它保护设备之间距离不应大于其最大电气距离。3变压器中性点保护 对小接地电流系统，中性点一般不设避雷器，但在多雷区或单进线变电所就应装设，在中性点直接接地系统且变压器分级绝缘时，在中性点设一个避雷器。根据25项反措要求，中性点放电间隙采用水平布置，材料为14不锈钢圆钢。4 335kv配电装置： 每组母线上都应装避雷器。第二节 直击雷保护直击雷保护对象是各电压级屋外配电装置以及主控室等，在保护时应注意以下规定：1110kv配电装置在架构上，或屋顶上，装避雷针或设独立针，但当土壤电阻率大于1000m时，必须设独立针，以防止反击事故。2屋外变压器组合导线母线桥等必须装独立避雷针，而不能将避雷针装在架构上。3对主控室及室内配电装置的保护，在雷电活动强的地区应装设独立针。若屋顶为金属材料，可引至接地装置，若屋子为钢筋混凝土结构，则将钢筋焊成网，接至接地装置。其它房屋结构要设避雷带，引至接地点。4一般110kv变电所装避雷针35支，高度为2535m。为了防止避雷针与被保护设备或构架之间的空气间隙s1l被击穿而造成反击事故，必须要求sr大于一定距离。 同样为了防止避雷针接地装置和被保护设备接地装置之间在土壤中的间隙scl被击穿，必须要求大于scl大于一定距离。在一般情况下，sr不应小于5m，scl不应小于3m。（本次防雷设计中采用三极35m的避雷针，进行防雷保护）。具体计算数据见下表：编号h（m）h（x）（m）rk（m）d(m)bx(m)d12d13 d23bx12bx13bx23#1#2#33515.320.3669.2574.283613.5912.4321.251030.22521.54320.38529.216第二篇 短路电流的计算及设备选择第一章 短路电流的计算第一节 短路电流计算的目的在发电厂和变电所的电气设计中，短路电流计算是其中的一个重要环节，其计算的目的主要有以下几方面：1）选择导体和电气设备。2）电网接线和发电厂、变电站主接线的比较和选择。3）选择继电保护装置和整定计算。4）验算接地装置的触电电压和跨步电压。5）为送电线路对附近通信线路电磁危险的影响提供计算资料。第二节 短路电流计算的条件1.计算的假定条件1）、正常工作时三相系统对称运行。2）、所有电源的电动势相位角相同。3）、系统中各元件的磁路不饱和。4）、电力系统中所有电源都在额定负荷下运行，其中50 %负荷接在高压母线。5）、短路发生在短路电流最大值的瞬时。6）、不考虑短路点的电弧阻抗和变压器的励磁电流。7）、除计算短路电流的衰减时间常数和电压网络的短路电流外，元件的阻抗均忽略不记。2 一般规定 1验算导体和电器动稳定、热稳定以及电器开断电流所用的短路电流，应按设计规划容量计算，并考虑电力系统的远景发展规划（一般为本期工程建成的510年）。确定短路电流时，应按可能发生最大短路电流的正常接线方式，而不应按仅在切换过程中可能并列运行的接线方式。2选择导体和电器用的短路电流在电气连接的网络中，应考虑具有反馈作用的异步电动机的影响和电容补偿装置放电电流的影响。3选择导体和电器时，对不带电抗器回路的计算短路点，应选择在正常接线方式时短路电流为最大的地点。4导体和电器的动稳定、热稳定以及电器的开断电流一般按三相短路验算，若发电机出口的两相短路或中性点直接接地系统及自耦变压器等回路中的单相、两相接地短路较三相短路严重时，则应按严重情况计算。3.参数转换 高压短路电流计算适宜用标幺值计算，基准容量可取=100 mva 或者=1000 mva；基准电压可取 1.05倍（为额定电压）；同电位的点可以短接，其间电抗可以略去。相关等级额定电压及其基准电压为表5-1所示：表5-1 各额定电压及对应标准电压 额定电压等级（kv）1103510标准电压 (kv）1153710.5标准电流 (ka）0.501.565.504.三绕组变压器参数计算（已知所选变压器容比为 100/100/100 ）各绕组电抗电压百分值表示为： （5-10）如果绕组电抗电压百分值为小于零的数，那么取该绕组电抗电压百分值为零。变压器各绕组电抗标幺值 5.标幺值的计算（1）系统电抗标幺值由，已知系统容量为3500 mva，系统电抗为0.448（以系统容量为参考），那么转换成变压器容量为基准的电抗标幺值表示为：=0.013（2）主变压器绕组的电抗标幺值 根据所选变压器型号的相关数据，知、 由此可知各绕组阻抗电压百分值为： 变压器各绕组的电抗： 因为3因此短路电流计算用公式110kv侧的额定电流为：（ka） 三相短路电流周期分量有 效值（稳态）：（ka）短路冲击电流最大值：ish = 2.55= 2.553.71=9.46（ka）短路冲击电流有效值：=1.513.71=5.60（ka）三相短路容量：（2）d2点短路时的计算35kv 侧母线短路即d2点短路，等效系统短路电抗标幺值： =0.013+（20.121+0+0）=0.134电源对短路点的计算阻抗为：3因此短路电流计算用公式。110kv侧的额定电流为：（ka） 三相短路电流周期分量有 效值（稳态）：（ka）短路冲击电流最大值：ish = 2.55= 2.5511.63=29.66（ka）短路冲击电流有效值：=1.5111.63=17.56（ka）三相短路容量：（3）10kv 侧母线短路即d3点短路系统等效短路电抗标幺值： =0.013+（20.121+0.135+0.135）=0.269电源对短路点的计算阻抗为：3因此短路电流计算用公式。110kv侧的额定电流为：（ka） 三相短路电流周期分量有 效值（稳态）：（ka）短路冲击电流最大值：ish = 2.55= 2.5520.40=52.02（ka）短路冲击电流有效值：=1.5120.40=30.80（ka）三相短路容量：7.短路电流计算结果系统最大运行方式下各短路点的短路电流如下表5-3所示: 表5-3电压等级(kv)短路点平均电压（kv）短路 参数短路点短路电流周期分量短路冲击电流短路容量（mva）有效值ka稳态值ka有效值ka最大值ka110115d13.713.715.609.46738.963537d211.6311.6317.5629.66745.301010.5d320.4020.4030.8052.02370.99第二章 电气设备的选择与校验第一节 断路器及隔离开关的选择（1）断路器的选择要求1) 型式。除满足各项技术条件和环境条件外，还应考虑安装调试和运行维护的方便，一般6-35kv选用真空断路器，35-110kv选用断路器。2)额定电压的选择为：。3）额定电流的选择为：4）额定开断电流的检验条件为：（或）式中断路器实际开断时间ts的短路电流周期分量。 实际开断时间ts，为继电保护主保护动作时间与断路器固有分闸时间之和。 5)热稳定校验应满足 ： 6）动稳定校验应满足 ： (2）隔离开关的选择要求 隔离开关的型式应根据配电装置的布置特点和使用要求等因素，进行综合的技术经济比较后确定。其选择的具体项目方法与断路器的1)、2）、3）、5）、6）相同。 （2）断路器的选择 1）、110kv断路器选择按电网最大工作电压,最大工作电流选： 110kv，根据以上条件，查手册选出的断路器型号为：lw110；该断路器参数：额定电压110kv，额定电流2000a，额定开断电流40ka，动稳定电流100ka，热稳（4s）耐受电流40ka，分闸时间0.06s。、按开断电流校验： idz = i=2.1ka40ka，、按动稳定校验：İsh =5.36ka100 ka，、热稳定校验：热稳定的计算时间，取继电保护装置后备动作时间=2s,断路器分闸时间为=0.06s，断路器开断时电弧持续时间则计算时间为：所以 =（） = =9.35（ka2）s =6400（ka2）s、断路器额定开断容量校验：依上所述，断路器：lw110满足要求。2）、35kv断路器选择按电网最大工作电压,最大工作电流选： 35kv（a）根据以上条件，查手册选出的断路器型号为：lws-35；该断路器参数：额定电压35kv，额定电流800a，额定开断电流20ka，动稳定电流50ka，热稳（4s）耐受电流20ka，分闸时间0.06s。经开断电流、动稳定、热稳定和额定开断容量的校验（校验方法同110kv侧断路器的选择相同），lws -35型断路器满足要求。3）、10kv断路器选择按电网最大工作电压,最大工作电流选： 10kv根据以上条件，查手册选出的断路器型号为：sn10-10；该断路器参数：额定电压10kv，额定电流1000a，额定开断电流28.9ka，动稳定电流52ka，热稳（4s）耐受电流20.2ka，分闸时间0.06s。经校验sn10-10型断路器满足要求。设备选择计算数据技术数据()()lw-1101103.719.4629.181102000401006400lws-353511.6329.66286.743580020501600sn10-101020.4052.02882.2610100028.9521600 断路器的选择结果 （3）隔离开关的选择1）、110kv隔离开关选择:根据短路计算表格，查手册选出的隔离开关型号为：gw4-110d；该隔离开关参数：额定电压110kv，额定电流600a，动稳定电流50ka，热稳（4s）耐受电流15.8ka，满足表5-3中110kv侧三相短路电流计算值。2）、35kv隔离开关选择:根据短路计算表格，查手册选出的隔离开关型号为：gw5-35(d); 该隔离开关参数：额定电压35kv，额定电流600a，动稳定电流50ka，热稳（5s）耐受电流14ka，满足表5-3中35kv侧三相短路电流计算值。3）、10kv隔离开关选择:根据短路计算表格，查手册选出的隔离开关型号为：gn8-10; 该隔离开关参数：额定电压10kv，额定电流1000a，动稳定电流75ka，热稳（5s）耐受电流30ka，满足表5-3中10kv侧三相短路电流计算值。隔离开关的选择结果设备选择计算数据技术数据()()gw4-110d1109.4629.1811060050998.56gw5-35 (d)3529.66286.743580050980gn8-101052.02882.26101000754500第二节 母线和电缆的选择 (1) 110kv侧母线的选择110kv及以上高压配电装置，一般采用软导线(钢芯铝绞线)。1) 按最大工作电流选择导线截面s设导线最高允许温度 +80，实际环境温度35 ，基准环境温度为25，查表，综合校正系数取k=0.89310.24（a）查表得 lgj-70型导线能最小满足此条件。该导线长期载流量为315a,大于310.24a，满足要求。2） 热稳定校验： tk取 2.12s ，由此查表得 c=87故：故lgj 70型导线能满足此条件。所以选择lgj 70型导线能满足要求。(2) 35kv侧母线选择 35kv侧母线采用纲芯铝绞软母线。1） 按最大工作电流选择导线截面s综合校正系数取k=0.89， 查表选lgj-210型导线能满足条件：该导线长期安全电流800a 2）、热稳定校验： 即lgj210满足热稳要求。(3) 10kv侧母线选择1）、按最大持续工作电流选择导线截面。综合校正系数取k=0.89 查表选lgj-型导线能满足条件：该导线长期安全电流为1200a，2）、热稳定校验 满足热稳定要求，所以选择 lgj-型导线。(4) 10kv侧903出线电缆的选择 在30kv及以下三相三线制的线路中，用三芯电缆，由：，选择额定电压为10kv的yjv22型电缆。 1）、903出线截面选择 因，所以按最大持续工作电流选择，由题意知道，即： 查电力手册，选择电缆，时，。温度修正系数：土壤热阻修正系数，直埋地下系数，允许载流量：满足长期发热要求。允许电压损失校验：查附表知：r=0.64(),x=0.082()=173*57.74*2.5*(0.64*0.85+0.082*0.53)/10000=1.47%5% 满足要求。热稳定校验：正常最高运行温度为： 满足热稳要求。各等级电压母线电缆的选择结果如下表5-5所示：表5-5 母线电缆截面的选择结果电压等级母线型号110kv侧母线lgj 70型35kv侧母线lgj-210型10kv侧母线lgj-型903电缆yjv22型电缆第三节 电流互感器的选择110kv侧电流互感器： 则： 根据以上条件，查手册选主变端选lcwd110型电流互感器。其主要参数：额定电流800a，级次组合为d/1，动稳定电流115ka，热稳（3s）耐受电流45ka。进线端选oet700型号电流互感器。同理：35kv侧主变压器进线、母联、出线选用lcwd35w型电流互感器，额定电流分别为：1000a，1000a，800a；准确级分别为：10p20/10p20,0.5/10p20。额定短时热电流分别选择：63ka，63ka，3