110KV变电站设计-毕业设计.doc

电力工程系毕业设计(论文)110kv变电站设计毕业设计摘 要电力工业是国民经济的重要部门之一，它是负责把自然界提供的能源转换为供人们直接使用的电能的产业。它即为现代工业、现代农业、现代科学技术和现代国防提供不可少的动力，又和广大人民群众的日常生活有着密切的关系。电力是工业的先行。电力工业的发展必须优先于其他的工业部门，整个国民经济才能不断前进。本次设计任务为110kv变电站电气一次初步设计。其内容包括设计原始资料，主变的选择，电气主接线的选择，短路电流的计算，电气设备的选择，配电装置的结构型式，站用电源的选择，防雷保护，接地装置的说明，无功补偿。关键词：变电站；负荷；主变；主接线；短路电流abstractthe power industry is an important sector of the national economy, which is responsible for the energy provided by nature for people to be directly converted into electrical energy used in the industry. it is the modern industry, modern agriculture, modern science and technology and to provide essential modern defense force, again, and the daily lives of the masses is closely related. electricity is the industrys first. development of power industry must take precedence over other industrial sectors, the entire national economy can continue to move forward.this design task for 110kv substation electrical a preliminary design. its content includes the original design data, the main choice of change, the main electrical wiring, short-circuit current calculation, electrical equipment choice, structure of power distribution device, station selection of power supply, lightning protection, grounding device, no power compensation.keywords: substation; load; transformer; main connection; short circuit current目 录第一章 原始资料41.1环境条件41.2电力系统情况4第二章 主变压器的选择6第二章 主变压器的选择62.1负荷分析62.2 主变台数的确定72.3 主变容量的确定72.4 主变相数选择72.5 主变绕组数选择72.6 主变绕组连接方式82.7所用变选择9第三章 电气主接线的选择103.1电气主接线概述103.2 110kv侧主接线的设计113.3 35kv侧主接线的设计123.4 10kv侧主接线的设计133.5 主接线方案的最终确定14第四章 短路电流的计算164.1 短路电流计算的目的及规定164.2 短路电流的计算16第五章 主要电气设备的选择225.1 电气设备选择概述225.2 110kv侧断路器隔离开关的选择235.3 35kv侧断路器隔离开关的选择255.4 10kv断路器隔离开关的选择285.5 电流互感器的选择305.6 电压互感器的选择355.7 10kv侧熔断器的选择36第六章 防雷保护和接地装置386.1 变电所的保护对象386.2 电工装置的防雷措施386.3 本设计的防雷保护方案406.4 接地装置42结 论43致 谢44参考文献45第一章 原始资料1.1环境条件（1）变电站地处坡地（2）土壤电阻率=1.79*10000/cm2（3）温度最高平均气温+33，年最高气温40，土壤温度+15（4）海拔1500m（5）污染程度：轻级（6）年雷暴日数：40日/年1.2电力系统情况（1）系统供电到110kv母线上，35kv、10kv侧无电源，系统阻抗归算到110kv侧母线上ub=uav sb=110mva 系统110kv侧参数 x110max=0.0765，x110min=0.162（2）110kv最终两回进线四回出线，每回负荷为45mva，本期工程两回进线，两回出线。（3）35kv侧最终四回出线，全部本期完成，其中两回为双回路供杆输电tmax=4500h，负荷同时率为0.85（4）10kv出线最终10回，本期8回tmax=4500 h，负荷同时率0.85，最小负荷为最大负荷的70%，备用回路3 mw，6 mw，cos=0.85计算（5）负荷增长率为2%电压等级回路名称近期最大负荷（mw）功率因数cos回路数线路长度（km）供电方式35kv1#120.85125双回共杆2#100.85125双回共杆3#200.85123单回架空4#100.85119单回架空10kv130.8515架空240.8514架空320.8016架空430.8015电缆530.8513电缆620.8017电缆740.8016电缆820.8518电缆 第二章 主变压器的选择2.1负荷分析2.1.1 负荷分类及定义 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、经济损失者属于一级负荷。一级负荷要求有两个独立电源供电。 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。 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。2.1.2 35kv及10kv各侧负荷的大小 35kv侧： p1=12+10+20+10=52mw q1=120.62+100.62+200.62+100.62=32.24mvar s1=（522+32.242）1/2 =61.18 mva 10kv侧： p2=3+4+2+3+3+2+4+2+3+6=32mwq2=30.62+40.62+20.75+30.75+30.62+20.75+40.75+20.62+30.62+60.62=21.27mvar s2=（322+21.272）1/2 =38.42 mva p=52+32=84 mw ，q=32.24+21.27=53.51 mvar s=（842+53.512）1/2=99.60 mva 考虑同时系数时的容量： s=99.600.85=84.66 mva 考虑到2%的负荷增长率时的容量： s=84.661.02=86.353mva2.2 主变台数的确定 对于大城市郊区的一次变电所，在中、低压侧已构成环网的情况下，变电所以装设两台主变压器为宜。此设计中的变电所符合此情况，因此选择2台变压器即可满足负荷的要求。2.3 主变容量的确定 主变压器容量一般按变电所建成后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。对城郊变电所，主变压器容量应与城市规划相结合。 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。对于有重要负荷的变电所，应考虑到当一台主变压器停运时，其余变压器容量在计及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；对一般性变电所，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。有以上规程可知，此变电所单台主变的容量为： s=s0.7=86.3530.7=60.447mva 所以应选容量为63mva的主变压器2.4 主变相数选择 主变压器采用三相或是单相，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。 当不受运输条件限制时，在330kv及以下的发电厂和变电所，均应采用三相变压器。社会日新月异，在今天科技已十分进步，变压器的制造、运输等等已不成问题，故有以上规程可知，此变电所的主变应采用三相变压器。2.5 主变绕组数选择 在具有三种电压的变电所中，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，但在变电所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=(52+32) 0.8/63=1.070.15中压侧：k2=520.8/63=0.660.15低压侧：k3=320.8/63=0.410.15由以上可知此变电所中的主变应采用三绕组。2.6 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，变压器绕组都采用变压器绕组都采y0连接；35kv亦采用y连接，其中性点多通过消弧线接地。35kv及以下电压，变压器绕组都采用连接。 有以上知，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送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；icimax=661.33a 开断电流选择：inbri=7.22ka (d1 点短路电流)在本设计中110kv侧断路器采用sf6高压断路器，因为与传统的断路器相比sf6高压断路器具有安全可靠，开断性能好，结构简单，尺寸小，质量轻，操作噪音小，检修维护方便等优点，已在电力系统的各电压等级得到广泛的应用。110kv的配电装置是户外式，所以断路器也采用户外式。 采用lw11-110ii型号的断路器。其技术参数如下：断路器型号额定电压kv额定电流a最高工作电压kv额定断流容量ka极限通过电流ka热稳定电流ka固有分闸时间s峰值3slw11-110ii110315012631.5100400.03 热稳定校验：it2t qk it2t=402 3=4800（ka）2s 电弧持续时间取0.04s，热稳定时间为：tk =0.15+0.03+0.04=0.22 qk 满足热稳定校验动稳定校验： ies=100kaish =18.41ka 满足动稳定校验，因此所选断路器合适。 具体参数如下表：计算数据lw11-110iiuns 110kvun 110kvimax 661.33ain 3150ai 7.22kainbr 31.5kaish 18.41kaies 100kaqk 18.04（ka）2sit2t 402 3=4800 （ka）2s5.2.2 主变压器侧断路器的选择 imax =(1.05sn )/(un)=(1.0563000)/(110)=347.20 (a) 额定电压选择：ununs=110kv，额定电流选择：inimax=347.20a 开断电流选择：inbri=7.22ka (d4 点短路电流) 由上表可知lw11-110ii满足主变侧断路器的选择，其动稳定、热稳定计算与母联侧相同5.2.3 进线侧隔离开关、母联断路器隔离开关的选择 额定电压选择：ununs=110kv 额定电流选择：inimax=661.33a 极限通过电流选择：iesish=18.41ka(d1 点短路电流) 选用gw4-110d型隔离开关，其技术参数如下： 隔离开关型号额定电压kv额定电流a极限通过电流ka热稳定电流ka峰值4sgw4-110d110100062.525 热稳定校验：it2tqk it2t=2524=2500 qk =14.08（ka）2s 动稳定校验： ies=62.5kaish =18.41ka 满足动稳定和热稳定要求 具体参数如下表：计算数据gw4-110duns 110kvun 110kvimax 661.33ain 1000aqk 14.08（ka）2sit2t 2524=2500 （ka）2sish 18.41kaies 62.5ka5.2.4 主变压器侧隔离开关的选择 额定电压选择：ununs=110kv额定电流选择：inimax=347.20a 极限通过电流选择：iesish=18.41ka(d4 点短路电流)由上表可知gw4-110d同样满足主变侧隔离开关的选择。 其动稳定、热稳定计算与母联侧相同。5.3 35kv侧断路器隔离开关的选择5.3.1 出线侧断路器、母联断路器的选择 流过断路器的最大持续工作电流 imax =(2sn )/(un)=(263000)/(35)=2078.46(a) 额定电压选择：ununs=35kv 额定电流选择：inimax=2078.46a 开断电流选择：inbri=7.64ka (d2 点短路电流)选用sw4-35i型断路器，其技术参数如下：断路器型号额定电压kv额定电流a最高工作电压kv额定断流容量ka极限通过电流ka热稳定电流ka固有分闸时间s峰值4ssw4-35i35125040.51640160.08 热稳定校验：it2t qk it2t=1624=1024（ka）2s 电弧持续时间取0.04s，热稳定时间为：tk =0.15+0.08+0.06=0.29 qk 满足热稳定校验动稳定校验： ies=40kaish =19.48ka满足动稳定校验，因此所选断路器合适。具体参数如下表：计算数据sw4-35iuns 35kvun 35kvimax 2078.46ain 1250ai 7.64kainbr 16kaish 19.48kaies 40kaqk 19.85 （ka）2sit2t 1624=1024 （ka）2s5.3.2 主变压器侧断路器的选择imax =(1.05sn )/(un)=(1.0563000)/(35)=1091.19(a)额定电压选择：ununs=35kv额定电流选择：inimax=1091.19a 开断电流选择：inbri=6.12ka (d5 点短路电流)由上表可知sw4-35i同样满足主变侧断路器的选择。其动稳定、热稳定计算与母联侧相同。5.3.3 出线侧隔离开关、母联断路器隔离开关的选择imax =(2sn )/(un)=(263000)/(35)= 2078.46 (a)额定电压选择：ununs=35kv额定电流选择：inimax=2078.46a 极限通过电流选择：iesish=19.48ka (d2 点短路电流)选用gw4-35dw型隔离开关，其技术参数如下：隔离开关型号额定电压kv额定电流a极限通过电流ka热稳定电流ka峰值4sgw4-35dw3512506331.5热稳定校验：it2t qk it2t=31.524=3969 qk=19.85（ka）2s动稳定校验： ies=63kaish =19.48ka 满足动稳定和热稳定要求具体参数如下表：计算数据gw4-35dwuns 35kvun 35kvimax 2078.46ain 1250aqk 19.85（ka）2sit2t 31.524=3969 （ka）2sish 19.48kaies 62.5ka5.3.4 主变压器侧隔离开关的选择imax =(1.05sn )/(un)=(1.0563000)/(35)=1091.19(a)额定电压选择：ununs=35kv额定电流选择：inimax=1091.19a 极限通过电流选择：iesish=15.61ka(d5 点短路电流)由上表可知gw4-35dw同样满足主变侧隔离开关的选择。其动稳定、热稳定计算与母联侧相同。 5.4 10kv断路器隔离开关的选择5.4.1出线侧断路器、母联断路器的选择限流后i=20ka，ish =2.5520=51ka 流过断路器的最大工作电流为：imax =(2s2 )/(un)=(238420)/(10)=4436.36(a)额定电压选择：ununs=10kv额定电流选择：inimax=4436.36a 开断电流选择：inbri=20ka (加装限流电抗器后d3 点短路电流)选择sn410g/5000型断路器，其技术参数如下表：断路器型号额定电压kv额定电流a断流容量mva额定断流容量ka极限通过电流ka热稳定电流ka固有分闸时间s峰值4ssw4-10g/500010500018001053001200.15热稳定校验it2t=12024=57600 （ka）2s设后备保护时间为2s，灭弧时间为0.06stk =2+0.15+0.06=2.21s1s，因此不计短路电流的非周期分量 =2.21(12202)/12=884 （ka）2sit2t qk ，因此所选断路器满足热稳定要求动稳定校验： ies =300kaish=51 ka，满足动稳定要求 因此，所选断路器合适 具体参数如下：计算数据sn4-10g/5000uns 10kvun 10kvimax 4436.36ain 5000ai 20kainbr 105kaqk 884 （ka）2sit2t 12024=57600 （ka）2sish 51kaies 300ka5.4.2 主变压器侧断路器的选择imax =(1.05s2 )/(un)=(1.0538420)/(10)=2329.09(a)额定电压选择：ununs=10kv额定电流选择：inimax=2329.09a 开断电流选择：inbri=29.82ka (d6点短路电流)由上表可知sw4-10g/5000同样满足主变侧断路器的选择。其动稳定、热稳定计算与母联侧相同。5.4.3 出线侧隔离开关、母联断路器隔离开关的选择imax =(2s2)/(un)=(238420)/(10)= 4436.36 (a)额定电压选择：ununs=10kv额定电流选择：inimax=4436.36a 极限通过电流选择：iesish=91.77ka (加装限流电抗器后d3 点短路电流)选用gn1010t/5000200型隔离开关，其技术参数如下：隔离开关型号额定电压kv额定电流a极限通过电流ka热稳定电流ka峰值5sgn10-110t/5000-200105000200100热稳定校验：it2t qkit2t=10025=50000（ka）2s所以，it2t qk= 884 （ka）2s，满足热稳校验动稳定校验：ies=200kaish=51ka，满足校验要求 因此，所选隔离开关合适 具体参数如下表：计算数据gn10-10t/5000-200uns 10kvun 10kvimax 4436.36ain 5000aqk 884 （ka）2sit2t 10025=50000（ka）2sish 51kaies 200ka5.4.4 主变压器侧隔离开关的选择imax =(1.05s2)/(un)=(1.0538420)/(10)= 2329.09 (a)额定电压选择：ununs=10kv额定电流选择：inimax=2329.09a 极限通过电流选择：iesish=76.04ka(d6 点短路电流)由上表可知gn10-10t/5000-200同样满足主变侧隔离开关的选择。其动稳定、热稳定计算与母联侧相同。5.5 电流互感器的选择电流互感器的选择和配置应按下列条件：型式：电流互感器的型时应根据使用环境条件和产品情况选择。对于620kv屋内配电装置，可采用瓷绝缘结构和树脂浇注绝缘结构的电流互感器。对于35kv及以上配电装置，一般采用油浸式瓷箱式绝缘结构的独立式电流互感器。有条件时，应尽量采用套管式电流互感器。一次回路电压： 一次回路电流： 准确等级：要先知道电流互感器二次回路所接测量仪表的类型及对准确等级的要求，并按准确等级要求高的表计来选择。二次负荷：动稳定：式中， 是电流互感器动稳定倍数。热稳定：为电流互感器的1s热稳定倍数。5.5.1 110kv侧电流互感器的选择主变110kv侧ct的选择一次回路电压： =110kv二次回路电流： =463000/3(un)=440.89a根据以上两项，初选lcw-110(600/5)户外独立式电流互感器，其参数如下：电流互感器型号额定电流a级次组合准确级次二次负荷10%倍数1s热稳定动稳定准确等级0.513二次负荷倍数电流倍数电流倍数lcw-110600/50.51.22.4751500.5/111.241.215动稳定校验：=600150=127.28kaish=18.41ka满足动稳定要求热稳定校验：(im kt)2= (60075)2=2025 （ka）2sqk =14.08 （ka）2s, 满足热稳定要求综上所述，所选lcw-110(600/5) 户外独立式电流互感器满足要求。具体参数如下表：设 备项 目lcw-110(600/5)产品数据计算数据unug 110kv110kv600a440.89a2025kas14.08kas127.28ka18.41ka110kv母联ct：由于110kv母联与变高110kv侧的运行条件相应，故同样选用lcw-110(600/5)型ct。5.5.2 35kv侧电流互感器的选择主变35kv侧ct的选择一次回路电压： =35kv二次回路电流： =463000/3(un)=1385.64a根据以上两项，初选lcwdi-35-1500/5户外独立式电流互感器