110KV 变电所设计 毕业设计论文.doc

110kv变电所设计目 录摘 要i概 述ii第一部分 设计说明书1第一章 负荷分析11.1 负荷的分类11.2 负荷曲线与最大负荷利用时间11.3 本设计中的负荷分析11.4 本设计中的负菏分析本地区负荷情况21.5 35kv及10kv各侧的负荷大小2第二章 主变压器的选择42.1 主变台数的确定42.2 主变容量的确定42.3 主变相数选择42.4 主变绕组数量42.5 主变绕组连接方式52.6 主变的调压方式52.7 变压器冷却方式的选择5第三章 无功补偿装置的选择73.1 补偿装置的意义73.2 无功补偿装置类型的选择73.3 无功补偿装置容量的确定83.4 并联电容器装置的分组83.5 并联电容器装置的接线8第四章 电气主接线的初步设计及方案选择104.1 电气主接线的概括及分类104.2 110kv侧主接线的设计114.3 35kv侧主接线的设计114.4 10kv侧主接线的设计114.5 主接线中的设备配置12第五章 各级配电装置的配置及接地装置145.1配电装置145.2 接地装置15第六章 短路电流计算的目的及结果166.1 短路电流计算的目的166.2计算结果16第七章 电气设备选择177.1 电气设备选择的概述177.2 110kv侧断路器的选择187.3 110kv隔离开关的选择197.4 敞露母线的选择197.5 110kv电流互感器的选择197.6 电压互感器的选择207.7 高压开关柜的选择20第八章 继电保护规划及整定248.1 主变压器保护规划与整定248.2 线路保护的规划248.3 母线保护规划25第九章 变电站的站用电26第二部分 计算说明书27第一章 三相短路计算271.1计算各阻抗标值271.2 110kv侧发生三相短路：281.3 35kv侧发生三相短路时的计算291.4 10kv侧发生三相短路时的计算30第二章 不对称短路电流计算322.1 各元件的序电抗332.2 两相短路332.3 单相短路342.4 两相接地故障35结束语37参考文献38摘 要本设计首先根据毕业综合实践与设计指导书的内容，拟题目，方案。通过所学知识，参考相关资料进行设计。 分析负荷发展趋势，从负荷增长方面阐明了建站的必要性，然后通过对拟建变电站的概括以及出线方向来考虑，并通过对负荷资料的分析，从安全、经济及可靠性方面考虑，确定了110kv、35kv、10kv的主接线，然后又通过负荷计算及供电范围确定了主变压器的台数、容量及型号，最后根据短路电流的计算结果，对主要电气设备进行了选择，从而完成了110kv降压变电站部分的设计。在设计中，用到的知识要点和选用规则条件，并配以相应的计算，以达到对设计思路的进一步剖析，使设计内容更清晰易懂，为保证知识理论的严紧性，参考了大量的相关的理论知识书籍，精心摘选，保证语言上的简明扼要，通俗易懂，并提高设计本身的可读性，保证了设计的质量。关键词： 变电站，变压器，接线i概 述1所址情况 变电站位于某城市，地势平坦，交通便利，空气污染轻微，区平均海拔200米，最高气温40，最低气温-18，年平均气温14，最热月平均最高气温30，土壤温度25。2系统情况如下图待设变电站10kv230km110kv4240mva4200mw(1200mw)75km80km220kvxc=0.04sj=1000mva2120mvacos=0.06xd=0.167注：括号内为最小运行方式第一部分 设计说明书第一章 负荷分析1.1 负荷的分类1. 一级负荷：中断供电将造成人身伤亡或重大设计损坏，且难以挽回，带来极大的政治、经济损失，属于一级负荷。一级负荷要求有两个独立电源供电。2. 二级负荷：中断供电将造成设计局部破坏或生产流程紊乱，且较长时间才能修复或大量产品报废，重要产品大量减产，属于二级负荷。二级负荷应由两回线路供电。但当两回线路有困难时（如边远地区），允许有一回专用架空线路供电。3. 三级负荷：不属于一级和二级的一般电力负荷。三级负荷对供电无特殊要求，允许较长时间停电，可用单回线路供电。1.2 负荷曲线与最大负荷利用时间1.负荷曲线由于用户用电的随机性，电力系统的负荷是时刻在变化着的，相应的电力系统的功率分布、母线电压、功率损耗以及电能损耗等也在变化。因此，在分析计算电力系统的上述运行参数时，首先必须了解负荷随时间的变化规律。用户、变电站、发电厂及电力系统的负荷随时间变化的规律，通常以负荷曲线来表示。一般用直角坐标系的横坐标表示时间，以小时、日、月等为单位；纵坐标表示有功功率、无功功率、视在功率或电流。为了简化计算和便于在运行中绘制负荷曲线，常把连续变化的负荷看成在测量的那一小段时间内不变，因此，负荷曲线常被绘成阶梯形。知道了整个电力系统的日负荷曲线，电力系统的调度管理部门就可以据此制定日发电量计划。2.最大负荷利用时间将用户全年所取用的电能与一年内的最大负荷相比，所得的时间称为用户年最大负荷利用时间。1.3 本设计中的负荷分析市镇变1、2：市镇变担负着对所辖区域的电力供应，若中断供电将会带来大面积停电，所以应属于一级负荷。1煤矿变：煤矿变负责向煤矿供电，煤矿大部分是井下作业，例如：煤矿工人从矿井中的进出等等，若煤矿变一旦停电就可能造成人身死亡，所以应属一级负荷。化肥厂：化肥厂的生产过程伴随着许多化学反应过程，一旦电力供应中止了就会造成产品报废，造成极大的经济损失，所以应属于一级负荷。砖厂：砖厂的生产过程与电的联系不是非常紧密，若终止电力供应，只会造成局部破坏，生产流程混乱，所以应属于三级负荷。镇区变：镇区变担负着对所辖区域的电力供应，若中止镇区变的电力供应，将会带来大面积停电，带来极大的政治、经济损失，所以应属于一级负荷。机械厂：机械厂的生产过程与电联系不是非常紧密，若中止供电，不会带来太大的损失，所以应属于二级负荷。纺织厂1、2：若中断纺织厂的电力供应，就会引起跳线，打结，从而使产品不合格，所以应属于二级负荷。农药厂：农药厂的生产过程伴有化学反应，若停电就会造成产品报废，应属于一级负荷。 面粉厂：若中断供电，影响不大，所以应属于三级负荷。耐火材料厂：若中断供电，影响不大，所以应属于三级负荷。1.4 本设计中的负菏分析本地区负荷情况电压负荷名称每回最大负荷（kw）功率因数回路数供电方式线路长度（km）35kv乡镇变1 乡镇变2汽车厂砖厂60007000430050000.90.920.880.851121架空架空架空架空15871110kv乡区变纺织厂1纺织厂2纺织厂3加工厂材料厂10007008006007008000.90.890.880.880.90.9312112架空电缆架空架空架空架空5374521.5 35kv及10kv各侧的负荷大小31. 35kv侧p16000+7000+45002+43002+500035600kwq1=60000.48+70000.426+45000.622+43000.542+50000.62=19186kvar2. 10kv侧：p210003+8002+700+8002+600+700+80029800kwq2=100030.48+7000.512+8000.5122+8000.542+6000.54+7000.48+8000.482=4909.6kvarpp1+p2=35600kw+9800kw=45400kwq=q1+q2=19186+4909.6=24095.6kvar所以：s（454002+24095.62）1/251398kva考虑线损、同时系数时的容量：s2=513980.81.05=43174.3kva3第二章 主变压器的选择2.1 主变台数的确定对于大城市郊区的一次变电站，在中、低压侧已构成环网的情况下，变电站应装设两台主变压器为宜。此设计中的变电站符合此情况，故主变设为两台。2.2 主变容量的确定（1）主变压器容量一般按变电站建成后5-10年的规划负荷选择，并适当考虑到远期10-20年负荷发展。对城郊变电站，主变压器容量应与城市规划相结合。（2）根据变电站所带负荷的性质和电网结构来确定主变压器的容量。对于有重要负荷的变电站，应考虑到当一台主变压器停运时，其余变压器容量在过负荷能力后的允许时间内，应保证用户的一级和二级负荷；对一般性变电站，当一台主变压器停运时，其余变压器容量应能保证全部负荷的70-80。此变电站是一般性变电站。有以上规程可知，此变电站单台主变的容量为：s=s20.8=43174.30.8=34539.48kva所以应选容量为40000kva的主变压器。2.3 主变相数选择（1）主变压器采用三相还是单相，主要考虑变压器的制造条件、可靠性要求及运输条件等因素。 （2）当不受运输条件限制时，在330kv及以下的发电厂和变电站，均应采用三相变压器。社会日新月异，但今天科技已十分进步，变压器的制造、运输等已不成问题，故由以上规程可知，此变电站的主变应采用三相变压器。2.4 主变绕组数量在具有三种电压的变电站中，如通过主变压器各侧的功率均达到该变压器容量的15以上，或低压侧虽无负荷，但在变电站内需装设无功补偿装备时，主变压器宜采用三绕组变压器。根据以上规程，计算主变各侧的功率与该主变容量的比值：高压侧：k1=(35600+9800)0.8/40000=0.90.15中压侧：k2=356000.8/4000=0.70.15低压侧：k3=98000.8/40000=0.20.15由以上可知此变电站中的主变应采用三绕组。2.5 主变绕组连接方式变压器的连接方式必须和系统电压相位一致，否则不能并列运行。电力系统采用的绕组连接方式只有y和，高、中、低三侧绕组如何要根据具体情况来确定。我国110kv及以上电压，变压器绕组都采用y0连接；35kv亦采用y连接，其中性点多通过消弧线圈接地。35kv及以下电压，变压器绕组都采用连接。由以上可知，此变电站110kv侧采用y0接线，35kv侧采用y连接，10kv侧采用接线。主变中性点的接地方式：选择电力网中性点接地方式是一个综合问题。它与电压等级、单相接地短路电流、过电压水平、保护配置等有关，直接影响电网的绝缘水平、系统供电的可靠性和连续性、变压器和发电机的运行安全以及对通信线路的干扰。主要接地方式有：中性点不接地、中性点经消弧线圈接地和直接接地。电力网中性点的接地方式，决定了变压器中性点的接地方式。电力网中性点接地与否，决定于主变压器中性点运行方式。35kv系统，ic=10a；10kv系统，ic=30a（采用中性点不接地的运行方式）35kv：ic=ul/350=35(15+8+102+72+11)/350=6.8a10a10kv：ic=10(53+72+4+5+72)/350+10(22+3)/10=8.2aizk4）此断路器的额定关合电流：ieg=80ka ich=7.74ka iegich5）动稳定校验： 动稳定电流：idw=80ka ich=7.74ka idwich7.3 110kv隔离开关的选择应采用户外型隔离开关。隔离开关技术数据如下：额定电压额定电流动稳定电流值热稳定电流值操动机构110kv600a50ka72ka16(4s)40(5s)cs17-g校验：通过隔离开关的最大持续工作电流为220.4ka。隔离开关的额定电流为600a，大于通过隔离开关的最大持续工作电流。动稳定校验：动稳定电流：idw=50ka ich=7.74ka idwich热稳定效应：qd=(i2+10i2z(t/2)+i2zt)/12t=(3.0362+103.0362+3.0362)/125=44.4ka2sir2t=1425=980qd操动机构：cs17g7.4 敞露母线的选择硬母线一般是指配电装置中的汇流母线和电气设备之间连接用的裸硬导体。硬母线分为敞露式和封闭式两类。7.5 110kv电流互感器的选择在本设计中宜采用lcwb110（w）型号的电流互感器，技术数据如下：额定电流110kv二次组合准确级准短路时热稳定电流动稳定电流10倍数二次负荷35kv600a0.515.8-31.6(ka)40-80(ka)p/p/p/0.5此电流互感器为多匝油浸式瓷绝缘电流互感器，其性能符合国际和iec的有关标准，具有结构严密，绝缘强度高，介质损耗率和局部放电量低，可靠性高以及运行维护简单方便等特点。imax=1.05in=1.05sn/（31/2un）=1.0540000/（31/2110）=220.4kaie1=300a, ie1imax热稳定较验：lh的热稳定能力用热稳定倍数kr表示。热稳定倍数kr等于1s内允许通过的热稳定。电流与一次额定电流之比：(krie1)2tqd(krie)2t=(i热min/ieie)2t=(15.8)21=249.64aqd=27.65 (krie1)2tqd 符合要求。动稳定较验：lh的动稳定能力用动稳定倍数kr表示。kd 等于内部允许通过极限电流的峰值与一次额定电流之比：（kd21/2ie1）i(3)ch （kd21/2ie1）=21/240=56.56ka(按最小动稳定电流计算)ich=7.74ka (kd21/2ie1)ich 符合要求。7.6 电压互感器的选择比较各种电压互感器后选择jcc系列的电压互感器。 该系列电压互感器为单相、三绕组、串级绝缘，户外安装互感器，适用于交流50hz电力系统，作电压、电能测量和继电保护用。 型号含义：j:电压互感器，c:串级绝缘，c:瓷箱式。7.7 高压开关柜的选择近年来高压开关柜（简称开关柜）的开发和制造发展的步伐比较快。额定电压有3kv、6kv、10kv、35kv等多种，额定电流可达到3150a，开断电流可达到50ka。 高压开关柜应实现电器和机械的“五防闭锁”，防止误操作，提高安全可靠性，“五防”的具体要求是：1. 防止误合、误分断路器。2. 防止带负荷分、合隔离开关。3. 防止带电挂接地线。4. 防止带接地线合闸。5. 防止误入带电间隔。（一）35kv侧高压开关柜的选择从电气工程电气设备手册（电气一次部分）第11章中比较各开关柜选择gbc35型手车式高压开关柜。gbc35型手车式高压开关柜系三相交流50hz单母线系统的户内保护型成套装置。作为接受和分配35kv的网络电能之用。该开关柜为手车结构，采用空气绝缘为主。各相带电体之间绝缘距离不小于30 mm ，只有个别部位相间不足时才设置极间隙。开关柜主母线采用矩形铝母线，水平架空装于柜顶，前后可以观察。联接母线一般采用505铝管，呈三角形布置在柜的下部。除柜后用钢网遮拦以便观察外，开关柜的下面，柜间及柜的两侧，均采用钢板门或封板中以保护。gbc35型手车式高压开关柜技术数据名称参数名称参数额定电压最高工作电压最大额定电流35kv40.5kv1000a最大关合电流极限通过电流2s热稳定电流42ka42ka16ka35kv变压器出线开关柜方案选择：imax=1.05ie=4000/31/238.5=629.8a电流互感器选择主要设备：lcz35型电流互感器 zn35/1000a12.5ka型真空断路器 cd10i型电磁操作机构35kv出线开关柜方案选择：imax=s/31/2u=7000(1+5%)/0.9231/237=124a一次线路选择主要设备：lcz35型电流互感器避雷器选择主要设备：f2-35型避雷器、js-2型放电记录器电压互感器选择主要设备：jdjj2-35型电压互感器、rn2-35型熔断器有关设备校验：zn35/1000a12.5ka型真空断路器zn35/1000a12.5ka型真空断路器的技术参数如下：额定电压最高工作电压额定电流额定开断电流动稳定电流35kv40.5kv630a1000a8ka12.5ka20ka32ka热稳定电流（2s）额定关合电流固有分闸时间生产厂家8ka12.5ka20ka32ka0.06s西安电器设备厂此断路器的额定关合电流ieg=20kaich=7.74ka iegich动稳定校验：动稳定电流： idw=20ka, ich=7.74ka, idwich热稳定效应：qd=(i2+10i2 z(t/2)+i2zt)/12t=（3.0362+103.0362+3.0362）/122=18.4ka2sir2t=822=128qd校验合格。lcz-35型电流互感器的校验：从电气工程电气设备手册表3-1-1查得参数额定电流比准确级准短路热稳定电流动稳定电流20-1000/50.53（b）13(1s)(ka)42.4(ka)上表中的动稳定电流、短路热稳定电流是在额定电流为200ka的情况下取的热稳定校验：lh的热稳定能力用热稳定倍数kr表示。热稳定倍数kr等于1s内允许通过的热稳定电流与一次额定电流之比：（krie1）2tqd(krie)2t=(i热min/ie)ie2t=(32)22=2048a2sqd=(i2+10i2+i2zt)/12t=(3.0362+103.0362+3.0362)/122=18.4ka2s(krie1)2tqd 符合要求。动稳定校验：lh的动稳定能力用动稳定倍数kd表示。kd等于内部允许通过极限电流的峰值与一次额定电流之比。(kd21/2ie1)i(3)ch(kd21/2ie1)=21/280=113.12ka (按最小动稳定电流计算)ich=7.74ka (kd21/2ie1)ich 符合要求。（二）10kv侧高压开关柜的选择从电气工程电气设备手册（电气一次部分）第11章中比较各开关柜选择gbc10型手车式高压开关柜。技术数据如下：名称参数名称参数额定电压3/6/10kv额定电流630/1000/2500a母线系统单母线最高工作电压3.6 7.2 11.510kv变压器出线开关柜方案选择： 一次线路选择主要设备：lfs10型电流互感器 zn310型真空断路器10kv线路出线开关柜方案选择：imax=s/（31/2u）=1000(1+5%)/（0.9231/211）=64.15a一次线路选择：主要设备：lfs10型电流互感器 zn310型真空断路器fs3型避雷器 jdz型电压互感器rn2型熔断器有关设备校验：zn310型真空断路器zn310型真空断路器的技术参数如下：资料参考电气工程电气设备手册表4-3-3额定电压10kv额定电流630a 1000a开断电流20ka动稳定电流50ka热稳定电流（2s）20ka合闸时间0.1s固有分闸时间0.05s生产厂家四川电器厂此断路器的额定开断电流ieg=20kaich=7.74ka iegich动稳定校验：动稳定电流： idw=50ka, ich=7.74ka, idwich热稳定效应：qd=(i2+10i2z(t/2)+i2zt)/12t=（3.0362+103.0362+3.0362）/122=18.4ka2sir2t=2022=800ka2sqd校验合格。lfs-10型电流互感器的校验：从电气工程电气设备手册表3-1-1查得参数额定电流比准确级准热稳定电流动稳定电流5-1000/50.53b32(ka) (2s)80ka上表中的动稳定电流、短时热稳定电流实在额定电流为200ka的情况下取的。热稳定校验：lh的热稳定能力用热稳定倍数kr表示。热稳定倍数kr等于1s内允许通过的热稳定电流与一次额定电流之比：（krie1）2tqd(krie)2t=(i热min/ie)ie2t=(32)22=2048a2sqd=(i2+10i2+i2zt)/12t=(3.0362+103.0362+3.0362) /12 2=18.4ka2s(