110kV变电站电气一次设计 毕业设计.doc

成人教育毕业设计成人教育毕业设计( (论文论文) ) 论文题目：论文题目：110kv110kv 变电站电气一次设计变电站电气一次设计 年级.专业.层次： 11 级电气工程及其自动化专升本 学生姓名： 学号 11201280 函授站： 河南郑州电力高等专科学校 指导教师姓名： 2 2 0 0 1 1 3 3 年年8 8 月月 i 摘要摘要 能源是社会生产力的重要基础，随着社会生产的不断发展，人类使用能源不仅在数 量上越来越多，在品种及构成上也发生了很大的变化,人类对能源质量也要求越来越高。 电力是能源工业、基础工业，在国家建设和国民经济发展中占据十分重要的地位，是实 现国家现代化的战略重点。电能也是发展国民经济的基础，是一种无形的、不能大量存 储的二次能源。电能的发、变、送、配和用电，几乎是在同时瞬间完成的，须随时保持 功率平衡。要满足国民经济发展的要求，电力工业必须超前发展，这是世界发展规律。 因此，做好电力规划，加强电网建设，就尤为重要,而变电站在改变或调整电压等方 面在电力系统中起着重要的作用,它承担着变换电压、接受和分配电能、控制电力的流向 和调整电压的责任,通过对 110kv 变电站电气部分设计使我对变电站有了一个整体的了解， 认识上上升了一个高度。 该毕业设计主要包括以下任务：1、主变压器的选择 2、主接线和所用电设计 3、短 路电流计算 4、电气设备选择 6、配电装置设计 7、防雷及接地设计 8、相关图纸。 关键词： 能源；变电站；电网；配电系统 ii abstract energy is the important foundation of social productivity, with the continuous development of social production, human energy use not only in quantity more and more, also on the variety and composition, great changes have taken place in human on energy demand is higher and higher quality. electric power is the energy industry,basic industries, in the national construction and national economic development occupies an important position, is the realization of the strategic focus of modernization of the country. electricity is the basis for the development of national economy, is a kind of invisible, not a large number of secondary energy storage. the hair of electricity, change, send, distribution and utilization, is almost at the same time instantaneous, must be a balance of power at any time. to meet the requirements of the development of national economy, electric power industry must develop in advance, this is the law of development. electricity planning well, therefore, to strengthen the construction of power grid, it is particularly important, and in such aspects as change or adjust the voltage transformer substation in electric power system plays an important role, it bear the voltage transform, accept, and distribution of electrical energy, control the flow of electricity and adjust the voltage of the responsibility, based on the 110 kv transformer substation electrical part of the design that i have a whole understanding of substations, meet up on a high. the graduation design mainly includes the following tasks: 1, the choice of the main transformer 2, main wiring and electrical design 4, 3, short- circuit current calculation, electrical equipment selection 6 lightning protection and grounding design, design of power distribution unit 7, 8, the related drawings. keywords: energy; substation; grid; the power distribution system iii 目 录 摘要摘要 i i 前言前言 1 1 第一章第一章 原始数据原始数据 2 2 第二章第二章 主变压器容量、型号和台数的选择主变压器容量、型号和台数的选择 3 3 2.1 概述.3 2.2 主变压器台数的选择.3 2.3 主变压器容量的选择.3 2.4 主变压器型式的选择.4 第三章第三章 主接线的设计主接线的设计 7 7 3.1 主接线概述.7 3.2 单母线接线及单母线分段接线 .8 3.3 双母线接线及分段接线 .9 3.4 主接线设计原则10 3.5 主接线比较选择10 第四章第四章 短路电流计算短路电流计算 1414 4.1 概述14 4.2 短路计算的目的及假设 14 4.3 计算变压器各绕组电抗 15 4.4 计算系统及线路阻抗 16 4.5 等值网络 17 第五章第五章 电气设备的选择电气设备的选择 2020 5.1 概述 20 5.2 断路器的选择 21 5.3 隔离开关的选择 25 5.4 高压熔断器的选择 29 5.5 互感器的选择 29 5.6 母线的选择 36 5.7 支持绝缘子及穿墙套管的选择43 5.8 主变压器之间的消弧线圈44 5.9 电抗器选择44 iv 5.10 经济性比较.45 第六章第六章 电气总平面布置及配电装置的选择电气总平面布置及配电装置的选择 4747 6.1 概述47 6.2 高压配电装置的选择47 第七章第七章 防雷接地设计防雷接地设计 5151 7.1 防雷设计51 7.2 接地设计58 参考文献参考文献 6060 致谢致谢 6161 华华 北北 电电 力力 大大 学学 成成 人人 教教 育育 毕毕 业业 设设 计计 （ 论论 文文 ） 1 前言 目前，我国城市电力网和农村电力网正进行大规模的改造，与此相应，城乡变电所 也正不断的更新换代。我国电力网的现实情况是常规变电所依然存在，小型变电所，微 机监测变电所，综合自动化变电所相继出现，并得到迅速的发展。然而，所有的变化发 展都是根据变电设计的基本原理而来，因此对于变电设计基本原理的掌握是创新的根本。 本毕业设计是在完成本专业所有课程后进行的综合能力考核。内容为 110kv 终端变 电所电气一次系统设计，正是最为常见的常规变电所，并根据变电所设计的基本原理设 计，务求掌握常规变电所的电气一次系统的原理及设计过程。通过对原始资料的分析、 主接线的选择及比较、短路电流的计算、主要电器设备的选择及校验、线路图的绘制以 及避雷器、避雷针的选择等步骤、最终确定了 110kv 变电站所需的主要电器设备、主接 线图以及变电站防雷保护方案。 通过本次毕业设计，不仅巩固了专业知识，而且培养了我们运用所学知识去分析和 解决与本专业相关的实际问题的能力。 由于本人掌握的知识有限、又无设计经验，设计中难免存在不足及错误，恳请各位 老师和同学批评指正。 华华 北北 电电 力力 大大 学学 成成 人人 教教 育育 毕毕 业业 设设 计计 （ 论论 文文 ） 2 第一章 原始数据 1.1 变电站类型： 110kv 降压变电所 1.2. 电压等级： 110/35/10kv 1.3. 负荷情况： 35kv 侧：最大 40mw，最小 25mw， tmax = 5000 小时，cos= 0.85 10kv 侧：最大 20mw，最小 12mw， tmax = 5000 小时，cos= 0.85 1.4. 出线情况： 110kv 侧：2 回(架空线) lgj-185/20km； 35kv 侧：8 回(架空线)； 10kv 侧：12 回(电缆) 1.5. 系统情况： (1)系统经双回线给变电所供电； (2)系统 110kv 母线电压满足常调压要求； (3)系统 110kv 母线短路电流标幺值为 25（b100mva） 。 1.6. 环境条件： (1)最高温度 40，最低温度-30，年平均温度 20 (2)土壤电阻率 0，则三针组 x b 成的三角形中间部分将处于三针联合保护范围之内，如图 8-3 所示。 华华 北北 电电 力力 大大 学学 成成 人人 教教 育育 毕毕 业业 设设 计计 （ 论论 文文 ） 55 图 7-3 三支等高避雷针保护范围 四支以上的等高避雷针的保护范围，可以按每三支针作为一个组合分别确定它们 的保护范围，然后再叠加到一起即可得到多针的联合保护范围，四支等高避雷针的保护 范围如图 8-4 所示。 图 7-4 四支等高避雷针的保护范围 避雷器型号的选择 现代电力系统中常用的避雷器有阀型避雷器和氧化锌避雷器，阀型避雷器主要用于 110kv 及以上系统，氧化锌避雷器主要用于 35kv 及一下系统。阀型避雷器的选择要考了 一下因素。 选择避雷器型式时，应考虑被保护电器的绝缘水平和使用特点，按下表选择。 表 7-1 避雷器类型 型号型号型式型式应用范围应用范围 fs 配电用普通阀型10kv 以下配电系统、电缆终端盒 fz 电站用普通阀型3220kv 发电厂、变电所配电装置 fcz 电站用磁吹阀型 330kv 及需要限制操作的 220kv 以及以下配 电和某些变压器中性点 华华 北北 电电 力力 大大 学学 成成 人人 教教 育育 毕毕 业业 设设 计计 （ 论论 文文 ） 56 fcd 旋转电机用磁吹阀型用于旋转电机、屋内 额定电压：避雷器的额定电压应与系统额定电压一致。 n u 灭弧电压：按照使用情况，校验避雷器安装地点可能出现的最大导线对地电 mh u 压，是否等于或小于避雷器的最大容许电压（灭弧电压） 。 工频放电电压：在中性点绝缘或经阻抗接地的电网中，工频放电电压一般大 gf u 于最大运行相电压的 3.5 倍。在中性点直接接地的电网中，工频放电电压应大于最大运 行相电压的 3 倍。工频放电电压应大于灭弧电压的 1.8 倍。 冲击放电电压和残压：一般国产阀式避雷器的保护特性与各种电器均可配合，故 此项校验从略。 根据避雷器配置原则，配电装置的每组母线上，一般应装设避雷器，变压器中性点 接地必须装设避雷器，并接在变压器和断路器之间；本工程采用 110kv 配电装置构架上 设避雷针，10kv 配电装置设独立避雷针进行直接保护为了防止反击，主变构架上不设置 避雷针。 考虑到阀型避雷器是由空气间隙和一个非线性电阻串联并装在密封的瓷瓶中构成的， 在正常电压下，非线性电阻阻值很大，而在过电压时，其阻值又很小，这种避雷器在火 花间隙旁并联有分路电阻，保护性能好，所以 110kv 侧采用 fz-110 型避雷器。 氧化锌避雷器是目前国际最先进的过电压保护器。由于其核心元件采用氧化锌电 阻片，与传统碳化硅避雷器相比，改善了避雷器的伏安特性，提高了过电压通流能力， 当避雷器在正常工作电压下，流过避雷器的电流仅有微安级，当遭受过电压时，由于 氧化锌电阻的非线性，流过避雷器的电流瞬间达数千安培，避雷器处于导通状态，释 放过电压能量，从而有效地限制了过电压对输变电设备的侵害。所以10kv 侧采用 氧化锌避雷器，型号为 sh-hy5w-3。 表 7-2 所选避雷器型号 残压（残压（kvkv） 型号型号 额定电压额定电压 （kvkv） 最大持续运最大持续运 行电流行电流 （kvkv） 陡坡冲陡坡冲 击电流击电流 操作冲操作冲 击电流击电流 标准雷标准雷 电冲击电冲击 方波冲击方波冲击 电流耐受电流耐受 sh-hy5w-332.559.57.79100 注意事项 应妥善采用独立避雷针和构架避雷针，其联合保护范围应覆盖全所保护对象。根据 华华 北北 电电 力力 大大 学学 成成 人人 教教 育育 毕毕 业业 设设 计计 （ 论论 文文 ） 57 电力设备过电压保护设计技术规程sdj776 规定：独立避雷针（线）宜设独立的接 地装置，避雷针及其接地装置与道路或出入口等的距离不宜小于 3m。110kv 及以上的配 电装置，一般将避雷针装在其构架或房顶上；6kv 及以上的配电装置，允许将避雷针装在 其构架或房顶上；35kv 及以下高压配电装置，构架或房顶上不宜装设避雷针。装在构架 上的避雷针应与接地网连接，并应在其附近装设集中接地装置。避雷针与主接地网的地 下连接点至变压器接地线与主接地网的地下连接点，沿接地体的长度不得小于 15m。在主 变压器的门型构架上，不应装设避雷针、避雷线。 35kv 及以上配电装置，可将线路的避雷线引接到出线门型架上；35kv 配电装置可将 线路的避雷线引接到出线门型架上，但应集中接地装置。 避雷针的配置 避雷针的配置原则 独立式避雷针宜装设独立的接地装置。在非高土壤电阻率地区，其工频接地电阻 。当有困难时，可将该接地装置与主接地网连接，但避雷针与主接地网的地下连10 e r 接点沿接地线的长度不得小于 15m。 独立式避雷针与变配电装置在空气中的间距且；独立式避雷hrd i 1 . 02 . 0 1 md5 1 针的接地装置与变配电所主接地网在地中距离，且，式中 ri为冲击接地 i rd3 . 0 2 md3 2 电阻。 避雷针位置的确定 首先应根据变电所设备平面布置图的情况而确定，避雷针的初步选定安装位置与设 备的电气距离应符合各种规程规范的要求。 电压 110kv 及以上的配电装置，一般将避雷针装在配电装置的构架或房顶上，但在 土壤电阻率大于 1000的地区，宜装设独立的避雷针。m 独立避雷针（线）宜设独立的接地装置，其工频接地电阻不超过 10。 35kv 及以下高压配电装置架构或房顶不宜装避雷针，因其绝缘水平很低，雷击时易 引起反击。 在变压器的门型架构上，不应装设避雷针、避雷线，因为门形架距变压器较近，装 设避雷针后，构架的集中接地装置，距变压器金属外壳接地点在址中距离很难达到不小 于 15m 的要求。 直击雷防护 华华 北北 电电 力力 大大 学学 成成 人人 教教 育育 毕毕 业业 设设 计计 （ 论论 文文 ） 58 避雷针要联合保护全所所有设备,单根避雷针应能保护架构,母线不受直击雷危害。 由电气总平面图可知，该变电所的规格为 50m45m，110kv 配电装置构架高 12.5m。 取变电站纵向中心轴线位置间距，当 d=7时，保护范围一侧最小宽度md46 a ph =0，所以要求 d7，当 h30m,p=1 时，d 按较长的针距取为 d=36m，则避雷针有 x b a ph 效高度=6.57m，已知最高设备=12.5m，所以避雷针高度 a h p d 7 m 17 46 x h h=6.57m12.5m =19.07m，所以取避雷针高度为 30 米。 a h x h 由以上分析，可取高度为30米的避雷针4根(独立式)， 分别安装在变电所四圈角上， 距离两侧墙均为3米。 单支时，由于，在被保护物高度水平面上，其保护半径为 2 h hx x h x r mphhr xx 5 . 17 5 . 1230 即相邻两针外侧的保护范围。 1 号、2 号两支避雷针内侧的保护范围， mmmm p d hh1543.23 7 46 30 7 0 015.20)1043.23(5 . 1)(5 . 1 0 mhhb xx 2 号、3 号两支避雷针和 1 号、4 号两支避雷针内侧的保护范围， mmmm p d hh1529.24 7 40 30 7 0 044.21)1029.24(5 . 1)(5 . 1 0 mhhb xx 3 号、4 号两支避雷针内侧的保护范围， mmmm p d hh1586.24 7 36 30 7 0 ，029.22)1086.24(5 . 1)(5 . 1 0 mhhb xx 由计算结果可知，对保护物的高度、保护宽度都能满足要求的。所以四支高度选为 30m 的避雷针能保护整个变电所。 雷电波侵入保护 为防止线路侵入的雷电波过电压，在变电所 12km 的 110kv 进线段架设避雷线，主 变压器各侧出口分别安装阀型避雷器。为保护变压器中性点绝缘，在主变 110kv 侧中性 华华 北北 电电 力力 大大 学学 成成 人人 教教 育育 毕毕 业业 设设 计计 （ 论论 文文 ） 59 点各装设一台避雷器。 7.2 接地设计 随着电力事业的快速发展，电力系统中对接地装置的要求越来越严格，变电所接地 系统直接关系到变电所的正常运行，更涉及到人身与设备的安全。如果接地网设计考虑 不全面、施工不精细、测试不准确等，将会引起严重的的事故，不仅可能烧毁一次设备， 而且还可能通过二次控制电缆窜入主控室，造成了事故扩大，故接地网对电力系统的安 全稳定运行起到非常重要的作用。 接地设计的原则 按接地装置内、外发生接地故障时，经接地装置流入地中的最大短路电流所造成的 接地电位升高及地面的电位分布不致于危及人员和设备的安全，按照将变电所范围的接 触电位差和跨步电位差限制在安全值之内的原则，进行本变电所接地装置的设计。 由于变电所各级电压母线接地故障电流越来越大，在接地设计中要满足电力行业标 准 dl/t621-1997交流电气装置的接地中是非常困难的。现行标准与原接ir/2000 地规程有一个很明显的区别是对接地电阻值不再规定要达到 0.5，而是允许放宽到 5，但这不是说一般情况下，接地电阻都可以采用 5，接地电阻放宽是有附加条件的， 即：防止转移电位引起的危害，应采取各种隔离措施;考虑短路电流非周期分量的影响， 当接地网电位升高时，310kv 避雷器不应动作或动作后不应损坏;应采取均压措施，并 验算接触电位差和跨步电位差是否满足要求,施工后还应进行测量和绘制电位分布曲线。 在接地故障电流较大的情况下，为了满足以上要求，还是得把接地电阻值尽量减小。 接地电阻的合格值既不是 0.5，也不是 5，而应根据工程的具体条件，在满足附加条 件要求的情况下，不超过 5都是合格的。 接地网型式选择及优劣分析 220kv 及以下变电所地网网格布置采用长孔网或方孔网，接地带布置按经验设计，水 平接地带间距通常为 5m8m。除了在避雷针（线）和避雷器需加强分流处装设垂直接地 极外，在地网周边和水平接地带交叉点设置 2.5m3m 的垂直接地极，进所大门口设帽檐 式均压带，接地网结构是水平地网与垂直接地极相结合的复合式地网。 长孔与方孔地网网格布置尺寸按经验确定，没有辅助的计算程序和对计算结果进行 分析，设计简单而粗略。因为接地网边缘部分的导体散流大约是中心部分的 34 倍，因 此，地网边缘部分的电场强度比中心部分高，电位梯度较大，整个地网的电位分布不均 华华 北北 电电 力力 大大 学学 成成 人人 教教 育育 毕毕 业业 设设 计计 （ 论论 文文 ） 60 匀。接地钢材用量多，经济性差。 在 220kv 及以下的变电工程中采用长孔网或方孔网，因为入地故障电流相对较小， 地网面积不大，缺点不太突出。而在 500kv 变电所采用，上述缺点的表现会十分明显， 建议 500kv 变电所不采用长孔或方孔地网。 由以上分析可知，本变电所地网网格布置宜采用长孔网。 华华 北北 电电 力力 大大 学学 成成 人人 教教 育育 毕毕 业业 设设 计计 （ 论论 文文 ） 61 参考文献 11 水利电力部西北电力设计院水利电力部西北电力设计院 电气工程设计手册电气一次部分电气工程设计手册电气一次部分 中国电力出版社中国电力出版社 22 姚春球姚春球 发电厂电气部分发电厂电气部分 中国电力出版社中国电力出版社 33 黄益庄黄益庄 变电站综合自动化技术变电站综合自动化技术 中国电力出版社中国电力出版社 44 常美生常美生 高电压技术高电压技术 中国电力出版社中国电力出版社 55 丁毓山丁毓山，10-220kv10-220kv 变电所设计变电所设计. .辽宁科学技术出版社辽宁科学技术出版社,1993.,1993. 66 刘振亚刘振亚 国家电网公司输变电工程典型设计国家电网公司输变电工程典型设计 中国电力出版社中国电力出版社 77 电力装置的继