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110kv 变电站设计变电站设计 摘要摘要 电力系统的不断发展和安全稳定运行，给国民经济和社会发展带来了巨大动 力和效益。 但是，电力系统一旦发生自然或人为故障，如果不能及时有效控制， 就会失去稳定运行，使电网瓦解，并造成大面积停电，给社会带来灾难性的后 果。 继电保护（包括安全自动装置）是保障电力设备安全和防止及限制电力系统 长时间大面积停电的最基本、 最重要、 最有效的技术手段。 许多实例表明，继电保 护装置一旦不能正确动作，就会扩大事故，酿成严重后果。 因此，加强继电保护 的设计和整定计算，是保证电网安全稳定运行的重要工作。 为满足电网对继电保护提出的可靠性、 选择性、 灵敏性、 速动性的要求，充分 发挥继电保护装置的效能，必须合理的选择保护的定值，以保持各保护之间的 相互配合关系。 做好电网继电保护定值的整定计算工作是保证电力系统安全运行 的必要条件。 1 目录 第一章 设计任务.3 1.1 课程设计目的3 1.2 设计的原始材料分析4 第二章 主变压器台数及容量的选择.4 2.1 台数的选择4 2.1 容量的选择4 第三章 主接线方案的选择.5 3.1 主接线的要求5 3.2 主接线方案的选择6 3.3 厂用变电站的选择方案7 第四章 变电所电气设备的选择.8 4.1 厂用变压器的选择8 4.2 高压断路器的选择9 4.2.1 高压断路器按下列条件进行选择:.9 4.2.2 35kv侧断路器的选择.9 4.3 隔离开关的选择.10 4.3.1 隔离开关的配置.10 4.3.2 隔离开关按下列条件进行选择和校验.10 4.3.3 35kv侧的隔离开关的选择。10 4.4 母线的选择.11 第五章 短路电流的计算12 5.1 等值线路图.12 5.2 各短路点短路电流的计算.13 结束语.14 2 第一章 第一章 设计任务设计任务 1.1 课程设计目的课程设计目的 1、 巩固和提高已学过的专业课程的理论知识。 并通过课程设计进一步学习新 知识和新技能。 2、 掌握发电厂、 变电所电气部分一次线路和设备工程设计的基本程序和思想 方法，锻炼查阅文献、 收集资料、 计算比较、 综合分析和设计图纸等方面的训练和 基本技能。 3、通过查阅相关技术文献资料，培养独立分析和解决实际问题的能力。 4、 培养工程意识掌握计算机辅助设计、 计算机绘图的方法，力争在课程设计以及 未来学习工作中有所创新，为将来的实际工作奠定基础。 1.2 设计的原始材料分析设计的原始材料分析 本次变电所设计为一区域性变电所，以供给附近地区的工业，农业，居民 等用电。 本期工程一次建成，设计中因为需要考虑到留有扩建的余地；初步设计 总装机容量为231.5mva，本期先建成2台。考虑到实际情况，110kv出线先输 出 6 回，厂用电一回。其输出数据如下： 1.单回6000kw，cos=0.65，架空线长6km； 2.单回8000kw，cos=0.73，架空线长8km； 3.单回5000kw，cos=0.75，架空线长15km； 4.双回7000kw，cos=0.70，架空线长22km； 5.单回5000kw，cos=0.7，架空线长10km； 6.所用电380/220v,100 kw，cos=0.8. 3 第二章第二章主变压器台数及容量的选择主变压器台数及容量的选择 2.1 台数的选择台数的选择 由原始资料可知，本次所设计的是 110kv 降压变电所，它是以 35kv 输出功 率为主。 把所受的功率通过主变传输至35kv 母线上。 若全所停电后，将引起下一 级变电所与地区电网瓦解，影响整个市区的供电，因此选择主变压器台数时， 要确保供电的可靠性。 为了保证供电可靠性，避免一台主变压器故障或检修时影响供电，变电所 中一般装设两台主变压器。 当装设三台及三台以上时，变电所的可靠性虽然有所 提高，但接线网络较复杂，且投资增大，同时增大了占用面积和配电设备及用 电保护的复杂性，以及带来维护和倒闸操作等许多复杂化。 考虑到两台主变压器 同时发生故障机率较小。 适用远期负荷的增长以及扩建，而当一台主变压器故障 或者检修时，另一台主变压器可承担70%的负荷保证全变电所的正常供电。故选 择两台主变压器互为备用，提高其可靠性。 2.1 容量的选择容量的选择 主变压器容量一般按变电所建成近期负荷，510 年的规划负荷选择，并 适当考虑远期 1020年的负荷发展，对于城郊变电所主变压器容量应当与城市 规划相结合，所以应按近期和远期总的负荷来选择主变压器的容量，根据变电 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， 应考虑当一台变压器停运时，其余变压器容量在过负荷能力允许时间内，保证 用户的一级和二级负荷，对一般性能的变电所，当一台主变压器停运时，其余 变压器容量应保证全部负荷的70%80%。该变电所是按 70%全部负荷来选择。因 此装设两台变压器以供变电所用。当一台变压器停运时，可保证对60%负荷的供 电，考虑到变压器的事故过负荷能力为 40%，则可保证 98%负荷供电，而高压侧 110kv 母线的负荷不需要跟主变压器倒送，因为该变电所的电源引进线是 110kv 侧引进的。 其中，低压侧全部负荷需经主变压器传输至母线上。 35kv母线上无负 荷，主要用来无功补偿用。即：主变压器的容量为 s总 = 0.7s低压侧,由原始材料 可知其装机总容量为 38mva，则我们选择 2台31.5mva的变压器。其主要参数如 下所示： 型号额 定 容 量 （kva） 额定电压快（kv）损耗（kw）短 路 电 压 （%） 空载电 压 （%） 联 结 组 标号 高压低压短路空载 sfl1- 31500 31500121+5%10.5;6.319031.0510.50.7yn,d11 4 /110 第三章第三章主接线方案的选择主接线方案的选择 3.1 主接线的要求主接线的要求 （1）供电可靠性：如何保证可靠地（不断地）向用户供给符合质量的电能是发 电厂和变电站的首要任务，这是第一个基本要求。 （2）灵活性：其含义是电气主接线能适应各种运行方式（包括正常、事故和检 修运行方式）并能方便地通过操作实现运行方式的变换而且在基本一回路检修 时，不影响其他回路继续运行，灵活性还应包括将来扩建的可能性。 （3）操作方便、 安全：主接线还应简明清晰、 运行维护方便、 使设备切换所需的 操作步骤少，尽量避免用隔离开关操作电源。 （4）经济性：即在满足可靠性、 灵活性、 操作方便安全这三个基本要求的前提下 应力求投资节省、 占地面积小、 电能损失少、 运行维护费用低、 电器数量少、 选用轻 型电器是节约投资的重要措施。 根据以上的基本要求对主接线进行选择。 3.2 主接线方案的选择主接线方案的选择 在主接线的方案主要有以下几种： 方案（一）单母线 接线简单清晰、设备少、操作方便，便于扩建和采用成套配电装置等优点， 但是不够灵活可靠，任一元件（母线及母线隔离开关）等故障或检修时，均需 使整个配电装置停电。单母线接线一般只适用于一台主变压器。 单母线接线适用于 110220kv 配电装置的出线回路数不超过两回，35 60kv，配电装置的出线回路数不超过 3回，610kv配电装置的出线回路数不超 过 5 回，才采用单母线接线方式，故不选择单母线接线方式。 方案（二）单母线分段 用断路器，把母线分段后，对重要用户可以从不同段引出两个回路；有两 个电源供电。 当一段母线发生故障，分段断路器自动将故障切除，保证正常段母 线不间断供电或不致于使重要用户停电。 但是，一段母线或母线隔离开关故障或 检修时，该段母线的回路都要在检修期间内停电，而出线为双回时，常使架空 线路出现交叉跨越，扩建时需向两个方向均衡扩建，单母线分段适用于：110kv 220kv 配电装置的出线回路数为 810 回，3560kv 配电装置的出线回路数 为 48回，610kv 配电装置出线为 6回及以上，则采用单母线分段接线。 5 方案（三） 单母线分段带旁路 这种接线方式适用于进出线不多、容量不大的中小型电压等级 35110 kv 的变电所较为实用，具有足够的可靠性和灵活性。 方案（四） 桥式接线 当只有两台变压器和两条输电线路时，采用桥式接线，所用断路器数目最 少，它可分为内桥和外桥接线。 桥式接线可靠性较差，虽然它有使用断路器少、布置简单、造价低等优点， 但是一般系统把具有良好的可靠性放在首位，故不选用桥式接线。 方案（五） 3/2断路器接线 两个元件引线用三台断路器接在两组母线上组成一个半断路器，它具有较 高的供电可靠性和运行灵活性，任一母线故障或检修均不致停电，但是它使用 的设备较多，占地面积较大，增加了二次控制回路的接线和继电保护的复杂性， 且投资大。 方案（六） 双母线接线 它具有供电可靠、调度灵活、扩建方便等优点，而且，检修另一组母线时， 不会停止对用户连续供电。 如果需要检修某线路的断路器时，不装设“跨条”， 则该回路在检修期需要停电。对于，110kv220kv 输送功率较多，送电距离较 远，其断路器或母线检修时，需要停电，而断路器检修时间较长，停电影响较 大，一般规程规定，110kv220kv 双母线接线的配电装置中，当出线回路数达 7 回，（110kv）或5 回（220kv）时，一般应装设专用旁路断路器和旁路母线。 方案（七） 双母线分段接线 双母线分段，可以分段运行，系统构成方式的自由度大，两个元件可以完全 分别接到不同的母线上，对大容量且在需相互联系的系统是有利的，由于这种 母线接线方式是常用传统技术的一种延伸，因此在继电保护方式和操作运行方 面都不会发生问题。 而较容易实现分阶段的扩建等优点，但是易受到母线故障的 影响，断路器检修时要停运线路，占地面积较大，一般当连接的进出线回路数 在 11 回及以下时，母线不分段。 当 110kv出线为 7 回及以上，220kv 出线在 4 回以下时，可用母联断路器兼旁路 断路器用，这样节省了断路器及配电装置间隔。 综上所述，结合实际情况及主接线选择的要求，我们选择方案（二）单母线分 段接线方法。 3.3 厂用变电站的选择方案厂用变电站的选择方案 发电厂的厂用电源必须可靠，而且满足各种工作状态的要求，除了应具有正常 的工作电源外，还应设置备用电源，启动电源和事故电源，一般厂中都以启动 电源兼作备用电源。以下为两种高压厂用工作电源的常用方式如下： 6 由于本次设计为降压变电站的设计，110kv的电压直接从输电线获得，所以选 择第一种方案，从母线上引线给厂用变压器。 第四章第四章变电所电气设备的选择变电所电气设备的选择 4.1 厂用变压器的选择厂用变压器的选择 厂用变压器的选择主要考虑高压厂用工作变压器和启动备用变压器的选择，其 选择包括变压器的台数、 型号、 额定电压、 容量和阻抗。 由最初的原始材料可知， 厂用负荷较小，只有 100kw，所以选择一台三项双绕组的厂用变压器，其主要 参数如下所示： 型号额定容 量kva 额定电压 （kv） 损耗（kw）适中电 压 （%） 空 载 电 流 （%） 联结组 高压低压空载短路 7 sjl1- 100/35 100350.40.43 2.9 6.5 4.0y,yn0 4.2 高压断路器的选择高压断路器的选择 4.2.1 4.2.1 高压断路器高压断路器按下列条件进行选择按下列条件进行选择: （1）、选择高压断路器的类型，按目前我国断路器的生产情况，少油断路器的 构造简单、价格便宜、维护工作量少，6 220kv一般选用少油断路器。 （2）、根据安装地点选择户外式或户内式。 （3）、断路器的额定电压不少于装设电所所在电网的额定电压。 （4）、断路器的额定电流不少于通过断路器的最大持续电流。 （5）、校核断路器的断流能力，一般可按断路器的额定开断电流大于或等于断 路器触头刚分开时实际开断的短路电流周期分量有效值来进行选择，当断路器 的额定开断电流比系统的短路电流大得多的时，为了简化计算也可用次暂态短 路电流进行选择。 （6）、按短路关合电流选择，应满足条件是：断路器额定关合电流不少于短路 冲击电流ish ，一般断路器的额定关合电流等于动稳定电流。 （7）、动稳定校验应满足的条件是：短路冲击电流应小于断路器的动稳定电流， 一般在产品目录是给出的极限过电流峰值。 （8）、热稳定校验应满足的条件是：短路的热效应小于断路器在 tk 时间内的 允许热效应。 （9）、根据对断路器操作控制要求、选择与断路器配用的操作机构。 按上述原则选择和校验断路器4.2.24.2.2 35kv 35kv 侧侧断路器的选择 1、该回路为 35 kv 电压等级，故可选用少油断路器 2、断路器安装在户外，故选用户外式断路器 3、 回路电压35 kv，因此选用额定电压ue35kv的断路器，且其额定电流 大于通过断路器的最大持续电流 imax=1.05506.12（a） 4、 为方便运行管理及维护，选同一型号产品，初选sw235 ii /1000型沙 油断路器其参数如下： 型号额定 电压 kv 额定 电流 a 最大工 作电压 kv 额定开 断电流 ka 极限开 断电流 额定断 流容量 kva 极限通过电 流 4s热 稳定 电流 ka 固有 分闸 时间 s 有效 值 峰值 sw2 35ii/1000 35 1000 40.524.839.863.463.439.224.8 0.06 373 30890 8 4.3 隔离开关的选择隔离开关的选择 4.3.14.3.1、隔隔离开关的配置离开关的配置 （1）、接在母线上的避雷器和电压互感器宜合用一组隔离开关。 （2）、断路器的两侧均应配置隔离开关，以便进出线不停电检修。 （3）、中性点直接接地的普通型变压器均应通过隔离开关接地。 根据以上配置原则来配置隔离开关，变电所隔离开关的配置详见主接线图。 4.3.4.3.2 2、隔离开关按下列条件进行选择和校验隔离开关按下列条件进行选择和校验 （1）、根据配电装置布置的特点，选择隔离开关的类型。 （2）、根据安装地点选用户外或户内式。 （3）、隔离开关的额定电压应大于装设电路的电大持续工作电流。 （4）、隔离开关的额定电压应大于装充电路的最大持续工作电流。 （5）、动稳定校验应满足条件为： idw ish （6）、热稳定校验应满足条件为：ir2t qk （7）、根据对隔离开关控制操作的要求，选择配用操作机构，隔离开关一般采 用手动操作机构户内 8000a 以上隔离开关，户外 220 kv 高位布置的隔离开关 和 330 kv 隔离开关宜用电动操作机构，当有压缩空气系统时，也可采用手动 操作机构。 4.3.34.3.3、3535k kv v 侧侧的隔离开关的隔离开关的的选择。选择。 1、根据配电装置特点，选择隔离开关带接地刀闸。 2、该隔离开关安装在户外，帮选用户外式。 3、该回额定电压为 35kv，帮选择隔离开关的额定电压 ue35kv,且其额定电流 必须大于流过隔离开关的最大持续电流imax = 1.05506.12（a） 4、初选gw435（d）型高压隔离开关，其主要技术数据如下： 型 号额定电压额定电流最大工作电 压 极限通电流 峰值 2s热稳定 电流 单 位kvakvkaka gw4-35（d）3563040.55020 5、校验所选择的隔离开关 373 30890 9 （1）动稳定校验 动稳定电流等于极限通过电流峰值，即idw = 50ka， 短路冲击电流 ish =13.385ka idw ish， 动稳定满足要求。 （2）热稳定校验 隔离开关允许热效应 i2rt = 2022 = 800ka2s短路 热效应 qk = 54.83ka2s i2rtqk 热稳定满足要求。 从以上校验可知，所选该隔离开关满足要求，所以确定选用 gw435d，型 高压隔离天关。 （3）该隔离开关配用 手动操作机构 4.4 母线的选择母线的选择 1、按最大工作电流选择导线截面s imax=1.05506.12（a） iyj= imax/k0=506.12/0.89=569a 选择35kv母线型号为：lgj300，查表得iy=700a。 imax=506.12akiy=0.89700=623a 满足要求 2、热稳定校验： s=240 mm2smin=85mm2 满足热稳定要求。 373 30890 c ik dz t 87 5249 99. 1 10 第五章 短路电流的计算第五章 短路电流的计算 5.1 等值线路图等值线路图 由于两台变压器的型号和参数以及其他元器件的参数都一样，所以其等