110kV降压变电站电气系统初步设计魏芃

110kV 降压变电站电气系统初步设计前言设计是教学过程中的一个重要环节，通过设计可以巩固各课程理论知识，了解变电所设计的基本方法，了解变电所电能分配等各种实际问题，培养独立分析和解决实际工程技术问题的能力，同时对电力工业的有关政策、方针、技术规程有一定的了解，在计算绘图、编号、设计说明书等方面得到训练，为今后从事供电技术工作奠定基础。目录绪论随着电力系统的不断发展，人们对电网调度自动化系统的要求也越来越高。变电站无人值班和综合自动化成为当前电网调度自动化领域的热点。变电站无人值班和综合自动化是通过计算机网络和通信网络对变电站实行全方位监控操作，可提高电力系统现代化管理水平，达到减人增效、增收节支的目的。变电站无人值班工作早在 1958 年就在我国掀起了一阵高潮。当时许多供电局在35110kV 变电站进行了改造，由调度所或基地站进行远方监视和控制。后因技术、经济和管理体制上的种种原因，除极少数企业在技术条件很差的情况下，还在部分变电站坚持无人值班外，大部分停止了这种尝试。经过几十年的发展，电网装备技术和运行管理水平、人员素质等各方面取得了很大提高。这些条件为无人值班工作的推广和普及提供了坚实的基础。近年来，地区 220kV 及以下变电站一律按照无人值班的管理方式兴建。国内常规设计的有人值班变电站是依据原电力部颁发的变电所设计技术规程 ，火力发电厂，变电所二次接线设计技术规定以及国家标准变电所设计规范等而设计的，变电站所有一次，二次设备，继电保护及安全自动装置的运行管理，是靠在变电站运行值班的人员来完成的。这样，运行值班人员的技术水平，运行经验与责任心，对变电站的安全运行起着至关重要的作用。而无人值班变电站就是要通过对变电站一系列的技术改造，把分散在各个变电站的运行管理变成更有效的集中管理。在无人值班变电站一次部分设计中，如设计步骤、短路电流计算和设备选择与校验等与常规设计基本相同。与常规设计不同的是无人值班变电站设计要求接线简单，设备须无油化、先进化和免维护。二次部分中，无人值班变电站主要采用了“四遥”的远方控制，它将变电站内的运行状况通过通讯网传向远方控制中心，由远方调度统一控制，设备监控实现微机自动化。这样，大大减少了工作运行人员的误操作几率，也使管理统一方便，更重要的是提高了自动化水平，使电网更加经济、灵活、稳定、安全。在本次设计中，充分吸取了很多老师的教学经验和宝贵意见，并承邵阳电力勘测设计院提供了不少有益资料，在此一并谨致诚挚谢意。限于设计者的专业水平有限，难免会出现错误和不足之处，热诚希望老师批评指正。正文一、 概述1.1 设计目的复习和巩固电气工程基础课程所学知识培养分析问题和解决问题的能力，学习和掌握变电所电气部分设计的基本原理和设计方法是从事电力有关工作（如：发电公司，电网公司，电力工程建设公司，电力设计院，电力试验研究院，电力研究所，电力设备研发、生产、销售公司，大型企业供电部门等）所必须具备的知识。1.2 设计内容主变压器选择电气主接线设计短路电流计算选择主要电气设备：断路器、隔离开关、母线及支撑绝缘子、限流电抗器、电流互感器、电压互感器、高压熔断器、消弧线圈、 编写“变电所电气部分设计”说明书，绘制电气主接线图（2 图纸）1.3 设计要求1、设计原则无人值班变电站的设计应以地区电网规划及调度自动化规划为基础，以变电站的性质、规模及调度管理模式为依据进行，并遵循以下原则：（1）应结合本地区电网规划，电网调度自动化规划和通信规划，根据电网的结构，变电站的地理环境、交通、消防条件、站地区域社会经济环境等情况，因地制宜的确定满足电网要求的设计方案。（2）除按电网规划中所规定的变电站在电网中的地位和作用考虑其控制方式外，其与电网的配合，继电保护及安全自动装置的配合等均应能满足变电站投运后运行方式的要求。应按建成后就实现无人值班管理方式进行设计，原则上不考虑有人值班或少人值班的过度措施。（3）在变电站自动化技术装备上要坚持安全、可靠、经济、适用。正确处理近期建设与远期发展的关系，做到远近结合。（4）应坚持节约用地，减少建筑面积，要达到既降低建设造价，又能满足电网安全运行的目的。2、设计要求在实际设计中，应达到以下要求：（1）对一、二次设备及土建应进行必要的简化，取消不必要的设施，简化变电站操作，以减少变电站的用地，降低事故几率和降低变电站的造价。（2）应选用可靠性高，维护工作量少的设备。（3）应考虑在无人值班条件下的某些特殊要求，如防火、防盗、保安电源等。（4）应满足无人值班变电站的某些运行要求，如备用电源自动投入，无功功率和电压的调节等，在变电站设计中应尽量考虑由变电站的自动装置完成。（5）应考虑提高控制系统的可靠性，增强变电站自动化系统处理故障能力和自动化系统自身管理能力。（6）特别要正确处理近期建设与远期发展的关系，应根据工程的 510 年（及以上）发展规划进行设计。在控制方式上尽量做到一步到位，并要考虑有扩建的可能性。（7）建设标准应根据本地区电网的实际和国家的经济政策，综合考虑需要和可能，标准既不要过底影响运行，又不要过高，脱离经济实力。坚持中等适用的原则。（8）应考虑其通信方面的特殊性，如远动通道的可靠性要高于有人值班变电站，可不专门装设调度电话，仅设置用于维护，检修的电话通信。本课程设计只作电气系统的初步设计，不作施工设计和土建设计。A. 设计的最低要求（最高成绩为及格）是：通过经济技术比较，确定电气主接线；短路电流计算；主变压器选择；断路器和隔离开关选择；导线（母线及出线）选择；限流电抗器的选择（必要时） 。B. 设计的较高要求（最高成绩为优）是：完成上述设计的最低要求；选择电压互感器；选择电流互感器；选择高压熔断器（必要时） ；选择支持绝缘子和穿墙套管；选择消弧线圈（必要时） ；选择避雷器。二、 设计基础资料2.1 待建变电站的建设规模 变电站类型： 110 kV 降压变电站 三个电压等级： 110 kV、 35 kV、 10 kV 110 kV： 近期线路 2 回；远期线路 4 回35 kV： 近期线路 4 回；远期线路 6 回10 kV： 近期线路 6 回；远期线路 8 回2.2 电力系统与待建变电站的连接情况 变电站在系统中地位： 枢纽 变电站 变电站仅采用 110 kV 的电压与电力系统相连，为变电站的电源 电力系统至本变电站高压母线的标么电抗（S d=100MVA）为：最大运行方式时 0.20 ；最小运行方式时 0.40 ；主运行方式时 0.30 上级变电站后备保护动作时间为 2.5s2.3 待建变电站负荷 110 kV 出线：负荷每回容量 10000 kVA，cos 0.9，T max 5000 h 35 kV 负荷每回容量 5000 kVA，cos 0.85，T max 5000 h；其中，一类负荷 2 回；二类负荷 2 回 10kV 负荷每回容量 2000 kW，cos 0.95，T max 5000h；其中，一类负荷 2 回；二类负荷 2 回(4) 负荷同时率 0.8 2.4 环境条件 当地年最高气温 400C，年最低气温-20 0C，最热月平均最高气温 350C，年最低气温-5 0C 当地海拔高度： 600m 雷暴日： 11 日/年2.5、其它 变电站地理位置： 城郊，距城区约 8km 变电站供电范围： 110 kV 线路：最长 100 km，最短 50 km；35 kV 线路：最长 60 km，最短 20 km；10 kV 低压馈线：最长 15 km，最短 3 km； 未尽事宜按照设计常规假设。三、 主变压器选择3.1 负荷分析3.1.1 35kV 侧负荷 近期：S 近 35 = 5000*4KVA = 20MVA远期：S 远 35 = 5000*6KVA = 30MVA总容量： = (20+30)MVA= 50MVAi视在计算负荷：S C35= KT =0.8*50MVA=40MVASi有功计算负荷：P C35=SC35* =40*0.85MW=34MWcos无功计算负荷：Q C35= SC35* =40*0.5268MVar =21.07MVarn计算电流：I C35 0.6598kANU335403.1.2 10kV 侧负荷 近期：S 近 10 = 2000*6KVA = 12MVA远期：S 远 10 = 2000*8KVA = 16MVA总容量： = (12+16)MVA= 28MVAi视在计算负荷：S C10= KT =0.8*28MVA=22.4MVASi有功计算负荷：P C10=SC35* =22.4*0.95MW=21.28MWcos无功计算负荷：Q C10= SC35* =22.4*0.3122MVar =6.99MVarn计算电流：I C10 1.2933kANU3104.23.1.3 变电所供电总容量S = SC35+ SC10 = (40+22.4)MVA62.4MVAP = PC35+ PC10 =(34+21.28)MW55.28MW3.2 变压器容量和台数的确定3.2.1 确定意义主变压器的容量、台数直接影响主接线的形式和配电装置的结构。它的确定除依据基本原始资料外，还应根据电力系统 510 年发展规划、输送功率大小、馈线回路数、电压等级以及接入系统的紧密程度等因素，进行综合分析和合理选择。如果变压器容量选得过大、台数过多，不仅增加投资、增大占地面积，而且也增加了运行电能损耗，设备未能充分发挥效益；若容量选得过小，将可能“封锁”发电机剩余功率的输出或者满足不了变电站负荷的需要。这在技术上是不合理的，因为每千瓦的发电设备投资远大于每千瓦变电设备的投资。3.2.2 台数的确定对于此枢纽变电站，在中、低压侧已形成环网的情况下，变电站以设置两台主变压器为宜。单台变压器与两台变压器比较如下：表 3-1 单台变压器与两台变压器的比较比 较 单台变压器 两台变压器供电安全比 满足要求 满足要求供电可靠性 基本满足要求 满足要求供电质量 电压损耗略大 电压损耗略小灵活方便性 灵活性差 灵活性好技术指标扩建适用性 稍差 好经济指标电力变压器的综合投资跟两台变压器相比所需要的花费要少 花费投资比较多3.2.3 容量的确定1确定原则：（1）主变压器容量一般按变电所建成后 510 年规划负荷选择，并适当考虑到远期 1020 年的负荷发展，对于城市郊区变电所，主变压器应与城市规划相结合。（2）根据变电所所带负荷的性质和电网结构来确定主变压器的容量，对于有重