110kv变电站电气设计(毕业设计).doc

第一部分.设计说明书一、 设计题目110kv降压变电站部分的设计二、 所址概况1、 变电站的电压等级 110/35/10kv2、 电力负荷水平 35kv电压级：共计4回出线，2回最大输送功率6mw，送电距离30公里；2回最大输送功率8mw，送电距离25公里，功率因数cos =0.83，一、二类负荷所占比重65 。10kv 电压级：共计12回出线，5回最大输送功率1.5mw，送电距离8公里；7回最大输送功率1.3mw，送电距离10公里，功率因数cos =0.78，一、二类负荷所占比重60.变电站综合负荷曲线见图一，其中最大负荷同时率为0.9，负荷曲线上部为冬季213天，下部为夏季152天。3、 系统情况系统接线图及参数见图二，系统最小运行方式为接线图左边电源侧停运一台100mw机组；系统中性点接地方式为两台主变只一点接地；110kv侧两回架空进线方向，正西一回，西南一回；35kv侧出线方向正北两回，东北两回；10kv侧出线方向待定。4、 自然条件：站址为农田，土质为砂质粘土；海拔150米；地震裂度为4，处于iv类气象区；污秽等级为1；土壤电阻率50/m. 三、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）35kv130000.831架空30230000.831架空30340000.831架空25440000.831架空2510kv115000.785架空8213000.787架空10第二章：负荷分析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、经济损失者属于一级负荷。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。4、 35kv侧：p18mw+6mw14mw计及五年规划14mw*1.276=17.86 mwq1=8000*0.64+6000*0.64=8960kvar5、 10kv侧：p21.5mw+1.3mw2.8mw计及五年规划2.8mw*1.276=3.57mwq2=1500*0.809+1300*0.809=2265kvarpp1+p2=17.86mw+3.3.57mw=19.32mwq=q1+q2=8960+2265=11225kvar 17.86/0.83=21.20mva3.57/0.78=4.58mva所以：s21.20+4.58=25.78mva 变电站用电按总负荷的0.4%计25.78*0.4%=0.103mva 考虑线损：25.88*35%=0.776mw本站总负荷为：s=25.78+0.103+0.776=26.66mva第三章 主变压器的选择（参考资料：电力工程电气设计手册电器一次部分，第五章：主变压器选择）一、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，故主变设为两台。二、主变容量的确定1、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。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。此变电所是一般性变电所。有以上规程可知，此变电所单台主变的容量为：s=26659*80%=21327kva所以应选容量为31500kva的主变压器。三、主变相数选择1、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。2、当不受运输条件限制时，在110kv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。四、主变绕组数量1）、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=(16000+2800)*0.8/31500=0.4270.15中压侧：k2=16000*0.8/31500=0.4060.15低压侧：k3=2800*0.8/31500=0.20.15由以上可知此变电所中的主变应采用三绕组。五、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接地。35kv及以下电压，变压器绕组都采用连接。由以上知，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*(8+6+10*2+7*2+11)/350=5.9a10a10kv：ic=10*(5*3+7*2+1.5+1.3+7*2)/350+10*(2*2+3)/10=8.3aizk4.此断路器的额定关合电流ieg=80kaich=7.74ka iegich5.动稳定校验动稳定电流：idw=80ka ich=7.74ka idwich热稳定效应：qd=(i2+10i2 z(t/2)+i2zt)/12*t=(3.0362+10*3.0362+3.0362)/12*3=27.65ka2sir2t=31.52*3=2976.75qd操作机构，采用气动带操动机构；由电气工程电气设备手册（上册）查得应采用cqa-1型电气操动机构。三、110kv隔离开关的选择应采用户外型隔离开关参考电气工程电气手册（上册），可知应采用gw5-110g高压隔离开关。此隔离开关技术数据如下：额定电压额定电流动稳定电流值动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)/12 *t=(3.0362+10*3.0362+3.0362)/12*5=44.4ka2sir2t=142*5=980qd操动机构：cs17g四、敞露母线选择（参考资料：发电厂电气设备于长顺主编） 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。1.线材料和截面形状的选择： 目前母线材料广泛采用铝材，因为铝电阻率较低，有一定的机械强度，质量轻、价格较低，我国铝材的储量丰富。钢虽有较好的性能，但价格贵，我国储备不多。所以只有在一些特殊场合，如工作电流较大，位置特别狭窄，环境对铝材有严重腐蚀的情况下才用钢材。 综上所述，在本设计中母线材料采用铝。 硬母线截面积形状一般有矩形、槽型、和管型。矩形母线散热条件好，有一定的机械强度，便于固定和连接，但集肤效应较大，矩形母线一般只用于35kv及以上，电流在4000a级以下的配电装置中。 槽形母线的机械性能强度较好，集肤效应较小，在40008000a时一般才用槽形母线。管形母线集肤效应较小，机械强度高，管内可用水或风冷却，因此可用于800a及以上的大电流母线。此外，管形母线表面光滑，电晕放电电压高，因此，110kv以上配电装置中多采用管形母线。由以上分析知：在本设计中110kv采用槽形母线，35kv、10kv采用矩形母线。管形母线在支柱绝缘子上放置方式有两种：竖放和平放。平放比竖放散热条件差，允许电流小。三相母线的布置方式有水平布置和垂直布置，水平布置母线竖放时，机械强度差，散热条件好。垂直布置母线竖放时，机械强度和散热条件都较好，但增加了配电装置的高度。综上，矩形母线在支柱绝缘子上采用水平布置母线竖放。2.母线截面积选择： 本设计中母线的截面按长期允许电流选择。 按长期允许电流选择时，所选母线截面积的长期允许电流应大于装设回路中最大持续工作电流即，iyimax iy=kiyeiy指基准环境条件下的长期允许电流k指综合校正系数110kv母线截面选择： imax=1.05ie=210.8从电力工程电气手册第八章第一节表8-3中查的应选用载流量为2280（a）的双槽形母线，其参数如下：h(mm) ：75，b(mm)：35，t(mm)：4，r(mm)：6 双槽形导体截面积s(mm2)：1040，集肤效应系数：1.012。35kv母线截面选择：imax=1.05ie=1.05*31500/(31/2*37.5)=509.1(a)10kv母线截面选择：imax=1.05ie=1.05*31500/(31/2*10.5)=1820.31(a)从电力工程电气手册第八章第一节 表8-3中查得应选用载流量为692（a）单条竖放的导体，导体尺寸： h*b=50*5(mm*mm)五、110kv电流互感器选择由电气工程电气设备手册（上册）中比较分析得，在本设计中宜采用lcwb110（w）型号的电流互感器，技术数据如下：额定电流二次组合准确级准短时热稳定电流动稳定电流10倍数二次负荷110kv600a0.515.8-31.6(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）=1.05*31500/（31/2*110）=174.1kaie1=300a, ie1imax热稳定效验：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)2*tqd(krie)2*t=(i热min/ie*ie)2*t=(15.8)2*1=249.64aqd=27.65 (krie1)2tqd 符合要求动稳定效验：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）=21/2*40=56.56ka(按最小动稳定电流计算)ich=7.74ka (kd21/2ie1)ich 符合要求六、电压互感器的选择 从电气工程设备手册（电气一次部分）中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、串及绝缘，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。七、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3、6、10、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障。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。联络母线一般采用50*5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35kv最大关合电流42ka最高工作电压40.5kv极限通过电流42ka最大额定电流1000a2s热稳定电流16ka额定断开电流16ka额定断流容量1000mva35kv变压器出线开关柜方案选择：imax=1.05ie=31500/31/2*38.5=472.4a 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%)/0.92*31/2*37=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：资料参考电气工程电气设备手册表4-3-3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)/12*t=（3.0362+10*3.0362+3.0362）/12*2=18.4ka2sir2t=82*2=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时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、短时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）2*tqd(krie)2*t=(i热min/ie)*ie2*t=(32)2*2=2048a2sqd=(i2+10i2+i2zt)/12*t=(3.0362+10*3.0362+3.0362)/12*2=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)=21/2*80=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%)/（0.92*31/2*11）=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额定电压额定电流开断电流动稳定电流10kv630a 1000a20ka50ka热稳定电流（2s）合闸时间固有分闸时间生产厂家20ka0.1s0.05s四川电器厂此断路器的额定开断电流ieg=20kaich=7.74ka iegich5、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)/12*t=（3.0362+10*3.0362+3.0362）/12*2=18.4ka2sir2t=202*2=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）2*tqd(krie)2*t=(i热min/ie)*ie2*t=(32)2*2=2048a2sqd=(i2+10i2+i2zt)/12*t=(3.0362+10*3.0362+3.0362)/12*2=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)=21/2*80=113.12ka (按最小动稳定电流计算)ich=7.74ka (kd21/2ie1)ich 符合要求第九章 继电保护规划及整定一、主变压器保护规划与整定现代生产的变压器，虽然结构可靠，故障机会较少，但实际运行中仍有可能发生各种类型故障和异常运行。为了保证电力系统安全连续地运行，并将故障和异常运行对电力系统的影响控制到最小范围，必须根据变压器容量的大小、电压等级来决定变压器保护的配置原则。变压器一般应装设以下保护：1. 变压器油箱内部故障和油面降低的瓦斯保护。2. 短路保护。3. 后备保护。4. 中性点直接接地电网中的变压器外部接地短路时的零序电流保护。5. 过负荷保护。一、瓦斯保护 容量为800kva级以上的油浸式变压器，均应装设瓦斯保护，当有内部故障时产生经微瓦斯后油面下降时保护应瞬时动作于信号，当产生大量瓦斯时，瓦斯保护应断开变压器各电源侧断路器。瓦斯保护装置及整定： 瓦斯继电器又称气体继电器，瓦斯继电器安装在变压器油箱与油枕之间的连接管道中，油箱内的气体通过瓦斯继电器流向油枕。 目前，国内采用的瓦斯继电器有浮筒挡板式和开口杯式两种型式。在本设计中采用开口杯式。瓦斯保护的整定：（1）、一般瓦斯继电器气体容积整定范围为250300cm2，变压器容量在10000kva以上时，一般正常整定值为250cm2，气体容积值是利用调节重锤的位置来改变。（2）、重瓦斯保护油流速度的整定重瓦斯保护动作的油流速度整定范围为0.61.5m/s，在整定流速时均以导油管中的流速为准，而不依据继电器处的流速。根据运行经验，管中油速度整定为0.61.5时，保护反映变压器内部故障是相当灵敏的。但是，在变压器外部故障时，由于穿越性故障电流的影响，在导油管中油流速度约为0.40.5。因此，本设计中，为了防止穿越性故障时瓦斯保护误动作，可将油流速度整定在1s左右。二、纵联差动保护 瓦斯保护只能反应变压器油箱内部的故障，而不能反应油箱外绝缘套管及引出线的故障，因此，瓦斯保护不能作为变压器唯一的主保护，对容量较小的变压器可以在电源侧装设电流速断保护。但是电流速断保护不能保护变压器的全部，故当其灵敏度不能满足要求时，就必须采用快速动作并能保护变压器的全部绕组，绝缘套管及引出线上各种故障的纵联差动保护。 在本设计中，采用由bch-2继电器起动的纵联差动保护。变压器纵联动保护参数计算结果名称各侧数值额定电压110kv38.5kv11kv额定电流31500/(31/2*110)165.3ka31500/(31/2*38.5)472.4ka31500/(31/2*11)1657.9ka电流互感器的接线方式电流互感器一次电流计算值31/2*165.3=286.3ka31/2*472.4=818.2ka31/2*1657.9=2871.5ka确定保护的动作电流：（1）、躲过励磁涌流idz=kk*ie=1.3*165.3=214.89a（2）、躲过外部短路时的最大不平衡电流idz=kk*ibpmax=kk*(ktxkfzqki+u+fza)*idmax =1.3*(1*1*0.1+0.05+0.05)*8790=2285.4a折算至高压侧得：2285.4*（11/110）228.5a(3)、躲过电流互感器二次回路断线的最大负荷电流：idz=1.3*ie=1.3*165.3=214.89a综上保护基本侧的动作电流为：214.89a为了防止外部短路引起的过电流和作为变压器差动保护、瓦斯保护的后备，变压器应装设后备保护。后备保护的方案有过电流保护、负荷电压起动的过流保护、负序过电流保护和低阻抗保护等。目前，已广泛采用复合电压起动的过流保护作为变压器的后备保护。故在本设计也采用复合电压起动的过流保护。整定计算：1. 电流继电器：电流继电器一次动作电流按躲过变压器额定电流整定：kk=1.2 kh=0.85idz=(kk/kh)*ibe=1.2/0.85*214.89=303.3a2. 低电压继电器对于降压变电站低压继电器一次动作电压，应按最低工作电压整定。udz=ugmin/kkkh=0.9*110/1.2*1.15=71.74a3.负序电压继电器负序电压继电器的一次动作电压，应按躲过正常运行时的不平衡电流整定取udz=0.06 ue=6.6kv变压器的接地保护： 在中性点直接接地的变压器上，一般应装设反应接地短路的保护作为变压器的后备保护和相邻元件接地短路的后备保护。如果变压器中性点直接接地运行，其接地保护一般采用零序电流保护，保护接于中性点引出线的电流互感器上。所以在本设计中变压器的接地保护采用零序电流保护。变压器的过负荷保护：过负荷保护反应变压器对称负荷引起的过流保护。保护用一个电流继电器接于一相电流上，经延时动作于信号。对于两侧有电源的三绕组降压变压器，三侧均应装设保护。过负荷保护的动作电流按躲过变压器额定电流整定，即idz=kk/kk*ieb 式中kk取1.05 kb取0.85高压侧：idz=（1.05/0.85）*31500/（31/2*115）=194.69ka中压侧：idz=（1.05/0.85）*31500/（31/2*37.5）=596.53ka低压侧：idz=（1.05/0.85）*31500/（31/2*10.5）=2131.19ka二、线路保护的规划：110kv侧： 距离保护是根据故障点距离保护装置处的距离来确定其动作电流的，较少受运行方式的影响，在110220kv电网中得到广泛的应用。 故在本设计中，采用三段式阶梯时限特性的距离保护。距离保护的第一段保护范围为本线路长度的80-85，t约为0.1s，第二段的保护范围为本线路全长并延伸至下一线路的一部分，t约为0.50.6s，距离第一段和第二段构成线路的主保护。距离保护的第三段作为相邻线路保护和断路器拒动的远后备保护，和本线路第一段和第二断保护的近后备。 110kv以上电压等级的电网通常均为中性点直