某110kV降压变电所电气部分初步设计_毕业设计论文.doc

广西大学成人高等教育毕业设计（论文）任务书题目： e 县某110kv降压变电所 电气部分初步设计 学 院 电气工程学院 专 业 电气工程及其自动化 班 级 学 号 姓 名 指导教师（签名） 年 月 日教研室主任（签名） 年 月 日 摘要变电站是电力系统的重要组成部分，它直接影响整个电力系统的安全与经济运行，是联系发电厂和用户的中间环节，起着变换和分配电能的作用。电气主接线是发电厂变电所的主要环节，电气主接线的拟定直接关系着全所电气设备的选择、配电装置的布置、继电保护和自动装置的确定，是变电站电气部分投资大小的决定性因素。为了满足经济发展的需要，根据有关单位的决定修建1座110kv降压变电所。首先根据任务书上所给系统与线路及所有负荷的参数，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，安全， 经济，及可靠性方面考虑，确定了110kv，35kv，10kv以及站用电的主接线，然后又通过负荷计算及供电范围确定了主变压器台数，容量及型号，同时也确定了站用变压器的容量及型号，最后，根据最大持续工作电流及短路计算结果，对高压熔断器，隔离开关，母线，电流互感器，电压互感器进行了选型，从而完成了110kv电气一次部分的设计。关键词：变电所 主变压器 短路电流计算 选型目录第一部分 设计说明书;2第1章 设计说明.21.1 环境条件21.2 电力系统情况21.3 设计任务3第2章 电气主接线的设计.32.1 电气主接线概述32.2 110kv侧主接线的设计42.3 35kv侧主接线的设计.42.4 10kv侧主接线的设计.42.5 主接线方案的比较选择.4第3章 短路电流的计算.3.1 短路电流计算的目的及规定3.2 短路电流的计算结果第4章 主要电气设备的选择与校验.4.1 电气设备选择概述与校4.2 主变压器的选择与校验4.3 高压断路器及隔离开关的选择与校验.4.4 母线的选择与校验4.5 电流互感器的选择与校验4.6 电压互感器的选择与校验第5章 变压器、线路的继电保护.5.1 继电保护的作用5.2 主变压器继电保护5.3 35kv线路继电保护第6章 防雷装置及接地装置说明.6.1 防雷装置的规划原则6.2 防雷装置的规划结果6.3 接地装置的说明第1章 设计说明1.1 环境条件（1) 变电站所在高度：海拔120m，地震烈度：6度以下（2）年平均雷电日：90天（3）年最低温度：3，年最高温度:40,年最高日平均温度：321.2 电力系统情况（1）变电所电压等级：110kv、35kv、10kv，属地方变电所（2）110kv侧：变电所有双回110 kv线路与大系统相连，长度为40 km，系统最大方式容量为3500mva，相应的系统电抗为0.448；系统最小方式容量为2800mva，相应的系统电抗为0.455；（电抗是以系统容量及电压为基准的标么值。） （3）35kv侧：线路共4回，容量为38mva；已考虑发展后最大负荷。 （4）10kv侧：10kv线路共6回，容量为12.6mva；已考虑发展后最大负荷。 （5）负荷平均功率因数，线损率为5%。 （6）其它：10kv903线为电缆出线，其余出线均为架空线出线1.3 设计任务（1）变电站电气主接线设计（2）短路电流计算（3）电气设备选择和校验（4）变压器、线路的继电保护（5）防雷装置及接地装置配置说明第2章 电气主接线的设计2.1 电气主接线概述 发电厂和变电所中的一次设备、按一定要求和顺序连接成的电路，称为电气主接线，也成主电路。它把各电源送来的电能汇集起来，并分给各用户。它表明各种一次设备的数量和作用，设备间的连接方式，以及与电力系统的连接情况。所以电气主接线是发电厂和变电所电气部分的主体，对发电厂和变电所以及电力系统的安全、可靠、经济运行起着重要作用，并对电气设备选择、配电装置配置、继电保护和控制方式的拟定有较大的影响。2.1.1 在选择电气主接线时的设计依据（1）发电厂、变电所所在电力系统的地位和作用（2）发电厂、变电所的分期和最终建设规模（3）负荷大小和重要性（4）系统备用容量大小（5）系统专业对电气主接线提供的具体资料2.1.2 主接线设计的基本要求（1） 可行性（2）灵活性（3）经济性2.1.3 6220kv 高压配电装置的基本接线 有汇流母线的连接：单母线、单母线分段、双母线、双母分段、增设旁母线或旁路隔离开关等。 无汇流母线的接线：变压器线路单元接线、桥式接线、角形接线等。 6220kv高压配电装置的基本接线方式，决定于电压等级及出线回路数。2.2 110kv侧主接线的设计 110kv是以双回路与系统相连。电力工程电气一次设计手册第二章第二节中的规定可知：35110kv线路为两回以下时，宜采用桥形，线路变压器组线路分支接线。故110kv侧采用桥形的连接方式。2.3 35kv侧主接线的设计 35kv侧出线回路数为4回。由电力工程电气一次设计手册第二章第二节中的规定可知：当3563kv配电装置出线回路数为48回，采用单母分段接线，当连接的电源较多，较大时也可采用双母线接线。 故35kv侧可采用单母段连接也采用双母线连接。2.4 10kv侧主接线的设计 10kv侧出线回路数为6回。 由电力工程电气设计手册第二章第二节中的规定可知：当6220kv高压配电装置出线回路数为6回及以上时采用单母分段连接。故10kv侧可采用单母段连接.2.5 主接线方案的比较选择 由以上可知，此变电站的主接线有两种方案。 方案一：110kv侧采用外桥形的接线方式，35kv侧采用单母分段连接，10kv侧采用单母分段连接，如图21所示。图2-1 110kv电气主接线方案一方案二：110kv侧采用外桥形的接线方式，35kv侧采用单母分段连接，如图22所示。此两种方案的比较 方案一：110kv侧采用外桥形的接线方式，便于变压器的正常投切和故障切除，35kv、110kv采用单母分段连接，对于重要用户可从不同段引出两个回路，当一段母线发生故障，分段断路器自动将故障切除，保证正常母线供电不间断，所以此方案同时兼顾了可行性、灵活性、经济性的要求。 方案二：虽供电可行，调度更灵活，但与方案一相比较，设备增多，配电装置布置复杂，投资和占地面增大，而且，当母线故障或检修时，隔离开关作为操作电器使用，容易误操作。 由以上可知，在本设计中采用第一种接线，即110kv侧采用外桥形的连接方式，35kv侧采用单母分段连接，10kv侧采用单母分段连接。图2-2 110kv电气主接线方案二第3章 短路电流的计算3.1 短路电流计算的目的 在变电所的电气设计中，短路电流计算是其中的一个重要环节。在选择电气设备时，为保证在正常运行和故障情况下都能安全、可靠地工作，需要进行全面的短路电流计算。例如：计算某一时刻的短路电流有效值，用以校验开关设备的开断能力和确定电抗器的电抗值；计算短路后较长时间短路电流有效值，用以校验设备的热稳定值：计算短路电流冲击值，用以校验设备动稳定。3.2 短路电流计算的一般规定（1）电力系统中所有电源均在额定负荷下运行：（2）短路种类：一般以三相短路计算；（3）接线方式应是可能发生最大短路电流的正常方式（即最大运行方式），而不能用仅在切换过程中可能并列运行的接线方式；（4）短路电流计算点，在正常接线方式时，通过电气设备的短路电流为最大的接地点。3.3 短路电流的计算步骤目前在电力变电站建设工程设计中，计算短路电流的方法通常是采用实用曲线法，其步骤如下：（1）选择要计算短路电流的短路点位置；（2）按选好的设计接线方式画出等值电路图网络图；1）在网络图中，首选去掉系统中所有负荷之路，线路电容，各元件电阻；2）选取基准容量 和基准电压ub（一般取各级的平均电压）；3）将各元件电抗换算为同一基准值的标幺电抗；4）由前面的推断绘出等值网络图；（3）对网络进行化简，把供电系统看为无限大系，不考虑短路电流周期分量的衰减求出电流对短路点的电抗标幺值，即转移电抗；（4）求其计算电抗；（5）计算有名值和短路容量；（6）计算短路电流的冲击值；对网络进行化简，把供电系统看为无限大系统，不考虑短路电流周期分量的衰减求出电流对短路点的电抗标幺值，并计算短路电流标幺值、有名值。标幺值：有名值： 计算短路电容短路容量：短路电流冲击值：（7）绘制短路电流计算结果表3.4 短路电流的计算 第4章 主要电气设备的选择与校验4.1 电气设备选择概述4.1.1 选择的原则 （1）应满足正常运行、检修、短路和过电压情况下的要求，并考虑远景发展。 （2）应按当地环境条件校核。 （3）应力求技术先进和经济合理 （4）与整个工程的建设标准应协调一致 （5）同类设备应尽量减少种类。 （6）选用的新产品均应具有可靠地实验数据。 （7）设备的选择与校验。4.1.2 电气设备和载流导体选择的一般条件 （1）按正常工作条件选择 额定电压：所选电气设备和电缆的最高允许工作电压，不得低于装设回路的最高运行电压 额定电流：所选电气设备的额定电流，或载流导体的长期允许电流，不得低于装设回路的最大持续工作电流。计算回路的最大持续工作电流i max 时，应考虑回路在各种运行方式下的持续工作电流，选用最大者。 （2）按短路状态校验 热稳定效验：当短路电流通过被选择的电气设备和载流导体时，其热效应不应超过允许值， ， = +，校验电气设备及电缆（36kv厂用馈线电缆除外）热稳定时，短路持续时间一般采用后备保护动作时间加断路器全分闸时间。 动稳定校验：，用熔断器保护的电气设备和载流导体，可不校验热稳定；电缆不校验动稳定； （3）短路校验时短路电流的计算条件： 所用短路电流其容量应按具体工程的设计规划容量计算并应考虑电力系统的远景发展规划，计算电路应按可能发生最大短路电流的正常接线方式，而不应按仅在切换过程中可能并列的接线方式；短路的种类一般按三相短路校验；对于发电机出口的两相短路或中心点直接接地系统、自耦变压器等回路中的单相、两相接地短路较三相短路更严重，应按严重情况校验。4.2 主变压器的选择与校验4.2.1 主变压器台数的确定原则 （1）对大城市郊区的一次变电所，在中、低压测已构成环网的情况，变电所以装设两台主变压器为宜。 （2）对地区性孤立的一次变电所或大型工业专用变电所，在设计时应考虑装设三台主变压器的可能性。 （3）对于规划只装设两台主变压器的变电所，其变压器基础宜按大于变电器容量的12级设计，以便负荷发展时，更换变电器的容量。 主变压器容量选择。主变压器容量按变压器510年的电力负荷发展规划来选择。凡装有两台及以上主变压器的变电所，当其中一台主变压器停止运行后，其余变压器停止运行后，其余变压器的容量能够承担规定的转移负荷。一般估算其余的变压器能保证70%电力负荷的供电，在考虑变压器过负荷能力的允许时间内，还能保证对一级和二级负荷的用户供电。4.2.2 主变压器形式的选择原则 （1）110kv主变一般采用三相变压器 （2）当系统有调压方式时，应采用有载调压变压器。对新建的变压站，从网络经济运行的观点考虑，应采用有载调压变压器。 （3）具有三个电压等级的变电站，一般采用三绕组变压器。4.2.3 主变压器容量的确定原则 （1）为了准确选择主变的容量，要绘制变电站的年及日负荷曲线，并从该曲线得出变电站的车、日最高负荷和平均负荷。 （2）主变容量的确定应根据电力系统510年发展规划进行。（3）变压器最大负荷按下式确定： 式中负荷同时系数； 按负荷等级统计的综合用电负荷。 对于两台变压器的变电站，其变压器的容量可以按下式计算： 如此，当一台变压器停运，考虑变压器的过负荷能力为40%，则保证84%的负荷供电。4.2.3 变压器的计算与选择（1） 容量计算在电力工程电气设计手册可知：装有两台及以上主变压器的变电所中,当断开一台主变时，其余主变压器的容量应能保证用户的一级和二级负荷，其主变压器容量应满足不应小于70%-80%的全部负荷”。已知35kv侧最大负荷90mw，10kv侧最大负荷为18mw,，由计算可知单台主变的最大量为（设负荷同时率为0.85）： = 结论：选择两台63mva的变压器并列运行。（2） 变压器型号的选择 因为本次设计中有三个电压等级，且当变压器最小负荷侧通过的容量大于主变容量的15%时，宜选用三绕组变压器。因为; ,所以本设主变压器，绕组排列顺序为（由内向外）：10kv、35kv、110kv.综上所述：主变压器选用三相三线线圈、全封闭节能型降压变压器。型 号：sfslqi-63000容 量：63000kva电压比：121/38.5/11kv接线方式、组别：y0/yo/ -12-11阻抗电压百分比：高-中17% 高-低10.5% 中-低6%空载损耗;21.5kw短路损耗：高-中90kw 高-低90kw 中-低68kw容量比：100/100/100空载电流：1.6%冷却方式; 强迫油循环水冷4.3 高压断路器及隔离开关的选择与校验4.3.1 高压断路器选择（1）选择高压断路器类型6-10kv一般选用少油断路器，110-330kv当少油断路器不满足要求时，可选压缩空气断路器和sf6断路器，500kv一般采用sf6断路器。（2）根据安装地点选户外式或户内式。（3）断路器额定电压不小于装设电路所在电网额定电压。（4）断路器额定电流不小于通过断路器的最大持续电流。（5）校核断路器断流能力 断路器额定开断电流 断路器触头刚分开时实际开断的短路电流周期分量有效值为简化计算，也可用次暂态短路电流进行选择：当断路器开断时间 15%线路长段保护735.57a12.26a0.5s1.491.31.5段保护367.7a6.13a1.5s近后备远后备1.742.98总结：（1）定时限过电流保护是指躲过最大负荷电流整定，并以动作时限保证其选择性的一种保护。 （2）输电线路正常运行时它不应启动，发生短路且短路电流大于其动作电流时，保护启动延时动作于断路器跳闸。 （3）不仅能保护本线路的全长，也能保护相邻线路的全长，是本线路的近后备和相邻线路的远后备保护。第6章 防雷装置及接地装置说明6.1 防雷装置的规划原则变电所可采用的防雷措施有：用避雷针保护全所电气设备不受直接雷击，用进线段避雷线防止架空进线受直接雷击，用避雷器保护变电所的电气设备不受雷电侵入波的损坏。6.1.1 避雷器的配置原则（1） 各汇流母线应安装一组避雷器，且与电压互感器共用一组隔离开关布置在同一间隔中；（2） 三绕组变压器，三相自耦变压器三侧靠近主变处均应安装一组避雷器，以防止一侧开路，另一侧发生过电压；（3） 双绕组变压器高压侧是否安装避雷器，视电压等级和主变距离高压配电装置的距离而决定；（4） 对于110kv及以上变压器，如采用分极绝缘，中性点应安装一只比其额定电压低一级的避雷器。6.1.2 避雷针的配置原则（1） 变电所的所有建（构）筑物应在避雷针的保护范围内；（2） 110kv及以上配电装置，一般可将避雷针装在配电装置的架构或房顶上。但是在土壤电阻率大于1000m的地区，宜装设独立避雷针；（3） 35kv及以下高压配电装置的架构或房顶上不宜装设避雷针；（4） 装设在架构上的避雷针与主接地网的地下连接点至主变压器接地线与主接地网的地下连接点之间，沿接地体的长度不得小于15m。（5） 独立避雷针不应设在人经常通行的地方。避雷针及其接地装置与道路和出入口等处的距离不宜小于3m。（6） 独立避雷针宜设置独立的接地装置。（7） 独立避雷针与配电装置带电部分的空中距离，以及避雷针的接地装置与变电站接地网间的地中距离应符合规程的要求。6.1.3 进线保护的配置原则（1） 在离变电站12km内进线段上加强防雷措施。出入变电站的35110kv无避雷线的线路，要在其靠近变电站的12km线路上加装避雷线。全线有避雷线的线路要采取措施提高变电站附近2km长线路的耐雷水平。（2） 110kv及以上的变电所，可将线路的避雷线引接到出线门型架构上，当土壤电阻率大于1000m时，应装设集中接地装置。35kv、66kv变电所，在土壤电阻率不大于500m的地区，允许将线路的避雷线引接到出线门型架构上，但应装设集中接地装置。当土壤电阻率大于500m时，避雷线应架设到终端杆塔为止。从线路终端杆塔到变电所的一档线路的保护，可采用独立避雷针，也可在线路终端杆塔上避雷针。6.2 防雷装置的规划结果6.2.1 直击雷保护110kv配电装置和主变压器为户外布置，在110kv主变压器进线门型架上设一支总高30m的避雷针，保护110kv配电装置和主变压器。避雷针的保护范围未顾及35kv架空进线的零档线，宜在线路终端杆上加设杆顶避雷针。6.2.2 过电压保护主变压器35kv、10kv出口及35、10kv每段母线分别安装带间隙氧化锌避雷器。35kv、10kv每回出线安装带间隙氧化锌避雷器，作为真空断路器的操作过电压保护，也兼作热备用线路断开时终端设备的雷电过电压保护。为保护主变压器中性点绝缘，在主变压器110kv侧中性点装设一台氧化锌避雷器及放电间隙。10