毕业设计（论文）-110kv变电站一次部分设计.doc

毕 业 设 计 论 文题目： 110kv变电站（一次部分）设计（一次部分）摘 要本文首先根据任务书上所给负荷的参数，从安全，经济及可靠性等方面考虑，确定了110kV，35kV，10kV的主接线方案，通过对负荷资料的分析进行了负荷的计算，根据负荷计算结果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。并且进行了无功功率补偿的计算及无功功率补偿装置的选择，然后，进行了短路电流计算，根据最大持续工作电流及短路计算的计算结果，选择了成套配电装置并对配电装置内部高压断路器、隔离开关、电流互感器、电压互感器、母线等主要电气设备进行了选择和校验。之后对变电站的防雷保护进行了设计。从而完成了110kV变电站电气部分的设计。 关键词： 变压器；主接线；短路电流计算；配电装置AbstractFirstly, according to the load on the mission statement of the argument, from the security, economic and reliability considerations, to determine the 110kV, 35kV, 10kV main terminal program to load data through the analysis of the load calculation, according to the load calculation The results identified a number of main transformer, capacity and model, but also to determine the capacity of the station transformers and model. And carried out the calculation of reactive power compensation and reactive power compensation device to select, then, the short-circuit current calculation, based on the maximum continuous operating current and short circuit calculation results, select the voltage power distribution equipment and power distribution unit within the high-voltage circuit breaker, disconnecting switch, current transformer, voltage transformer, bus and other major electrical equipment were selected and verified. After the lightning protection of substations were designed. Thus completing the electrical part of the 110kV substation design.朗读显示对应的拉丁字符的拼音字典Key words: transformers；main wiring； short-circuit current calculation；distribution equipment. 目录目录摘 要I引言 11 电气主接线设计21.1 电气主接线的基本知识21.2 电气主接线的基本要求21.3 电气主接线的设计31.3.1 110kv电气主接线设计31.3.2 35kv电气主接线设计51.3.3 10kv电气主接线设计61.4 变电站主接线图62 负荷分析计算及变压器选择7 2.1 负荷分析7 2.2 负荷计算7 2.2.1 负荷计算的目的7 2.2.2 负荷计算的方法8 2.3 主变台数、容量和型号的确定92.3.1 主变台数的确定92.3.2 主变容量确定92.3.3 主变相数选择92.3.4 主变绕组数量92.3.5 主变绕组连接方式102.3.6 主变压器型号确定102.3.7 变压器负荷率及系统运行方式分析122.4 站用变台数、容量和型号的确定122.4.1 站用变台数的确定122.4.2 站用变容量的确定132.4.3 站用变型号选择13 2.5 出线线路导线型号的选择13 2.5.1 35KV出线侧的导线选择142.5.2 10KV出线侧导线选择153 无功功率补偿16 3.1 无功功率补偿的必要性16 3.2 无功功率补偿的方法16 3.3 无功功率补偿计算174 短路电流的计算19 4.1 短路电流的危害19 4.2 短路电流计算的目的19 4.3 短路电流计算方法和步骤19 4.4 母线处短路电流计算点的确定204.5 母线处短路电流计算结果214.6 35kv出线处短路电流计算结果264.7 10kv出线处短路电流计算结果274.8 变压器零序短路电流计算结果285 配电装置选择及总平面的设计295.1 配电装置的概述295.1.1 各种配电装置的特点305.1.2 成套配电装置的选择305.1.3 配电装置的型式选择315.1.4 各电压等级配电装置的确定315.2 配电装置配置图355.3 配电装置的总平面图355.4 GIS断面图356 配电装置内部电气设备选择与校验36 6.1 电气设备选择原则366.1.1 电气设备选择的一般要求366.1.2电气设备选择的一般原则366.2断路器的选择376.2.1 断路器形式选择376.2.2短路热稳定和动稳定校验376.2.3高压断路器的选择结果与校验37 6.3 高压隔离开关的选择43 6.3.1高压隔离开关的选择结果与校验43 6.4 互感器的选择45 6.4.1 电流互感器的选择45 6.4.2电流互感器的选择结果与校验466.4.3 电压互感器的选择506.4.4 电压互感器的选择结果50 6.5 母线的选择52 6.6 避雷器的选择537 防雷保护的设计56结论参考文献致谢附录A 110kv变电站主接线图附录B 110kv变电站配置图V河南城建学院本科毕业设计（论文） 引言附录C 110kv变电站平面图附录D 110kvGIS断面图 引 言电力工业是能源工业、基础工业，在国家建设和国民经济发展中占据十分重要的地位，是实现国家现代化的战略重点。电能是发展国民经济的基础，是一种无形的、不能大能量储存的二次能源。电能的发、变、输、配和用电，几乎是在同一瞬间完成的，须随时保持功率平衡，要满足国民经济发展的要求，电力工业必须超前发展，这是世界电力工业发展的规律，因此，做好电力规划、加强电网建设尤为重要。我国具有极其丰富的能源，这些优越的自然条件为我国电力工业的发展提供了良好的物质基础。但是，旧中国的电力工业落后，无法将其利用，不过，新中国成立以后电力工业有了很大的发展，尤其是1978年以后，改革开放、发展国民经济的正确决策和综合国力的提高，使电力工业取得了突飞猛进、举世瞩目的辉煌成就。但是，随着近年来我国国民经济的高速发展与人民生活用电的急剧增长，电力工业的发展仍不能满足整个社会发展的需要，另外，由于我国人口众多，由此在按人口平均用电方面，迄今不仅仍远远落后于一些发达国家，即使在发展中国家中，也只处于中等水平，尚不及全世界平均人口用电量的一半，这些都是目前电力行业所面临的问题，因次，为国民经济部门和人民生活供给充足、可靠、优质、廉价的电能，是电力系统的基本任务。节能减排，“一特四大”实现高度自动化，西电东送，南北互供，发展联合电力系统，是我国电力工业的发展方向，也是一项全局性的庞大系统工程。要想实现这一目标，必须加强电力系统的现代化建设。然而变电站是电力系统中不可缺少的重要环节，担负着电能的转换和电能重新分配的繁重任务，对电网的安全和经济运行起着举足轻重的作用。因此变电站一次侧的设计要满足安全性，可靠性，稳定性，设计时应考虑主接线的形式，根据负荷运行情况和环境因素合理的选择变电所的位置和变压器的型号，这些因素都会影响变电站电能的转换效率和电能的重新分配速度，因此变电站的研究对现代电力行业的发展有着很大的意义。 展望未来，我们坚信，在新世纪中，中国的电力工业必将持续、高速地发展，取得更加辉煌的成就。 1 1 电气主接线设计1.1 电气主接线的基本知识电气主接线是发电厂和变电站电气设计的首要部分，也是构成电力系统的主要环节。主接线是指由各种开关电器、电力变压器、母线、电力电缆或导线、移相电容器、避雷器等电气设备依一定的次序相连接的接受和分配电能的电路。而用规定的电气设备图形符号和文字符号并按照工作顺序排列，详细地表示电气设备或成套装置的全部基本组成和连接关系的单线接线图，称为主接线电路图。主接线可分为有母线接线和无母线接线两类。有母线接线分为单母线接线和双母线接线；无母线接线分为单元式接线、桥式接线和多角形接线。主接线的选择直接影响到电力系统运行的可靠性，灵活性，并对电器选择，配电装置布置，继电保护，自动装置和控制方式的拟定都有决定性的关系。因此，主接线的正确、合理设计，必须综合处理各方面的因素，经过技术、经济比较后方可确定。1.2 电气主接线的基本要求现代电力系统是一个巨大的、严密的整体。各类发电厂、变电站分工完成整个电力系统的发电、变电和配电的任务。其主接线的好坏不仅影响到发电厂、变电站和电力系统本身，同时也影响到工农业生产和人民日常生活。因此，发电厂、变电站主接线必须满足以下基本要求。（1）运行的可靠断路器检修时是否影响供电；设备和线路故障检修时，停电数目的多少和停电时间的长短，以及能否保证对重要用户的供电。（2）具有一定的灵活性主接线正常运行时可以根据调度的要求灵活的改变运行方式，达到调度的目的，而且在各种事故或设备检修时，能尽快地退出设备。切除故障停电时间最短、影响范围最小，并且再检修在检修时可以保证检修人员的安全。（3）操作应尽可能简单、方便主接线应简单清晰、操作方便，尽可能使操作步骤简单，便于运行人员掌握。复杂的接线不仅不便于操作，还往往会造成运行人员的误操作而发生事故。但接线过于简单，可能又不能满足运行方式的需要，而且也会给运行造成不便或造成不必要的停电。（4）经济上合理主接线在保证安全可靠、操作灵活方便的基础上，还应使投资和年运行费用小，占地面积最少，使其尽地发挥经济效益。（5）应具有扩建的可能性由于我国工农业的高速发展，电力负荷增加很快。因此，在选择主接线时还要考虑到具有扩建的可能性。1.3 主接线设计电气主接线的设计，应根据变电站在电力系统中得地位，负荷性质，出线回路数，设备特点，周围环境及变电站得规划容量等条件和具体情况，并满足供电可靠性，运行灵活，操作方便，节约投资和便于扩建等要求。查35110KV变电所设计规范，具体如下:第3.2.1条 变电所的主接线，应根据变电所在电力网中的地位、出线回路数、设备特点及负荷性质等条件确定。并应满足供电可靠、运行灵活、操作检修方便、节约投资和便于扩建等要求。第3.2.2条当能满足运行要求时，变电所高压侧宜采用断路器较少或不用断路器的接线。第3.2.3条35110kV线路为两回及以下时，宜采用桥 形、线路变压器组或线路分支接线。超过两回时，宜采用扩大桥形、单母线或分段单母线的接线。3563kV线路为8回及以上时，亦可采用双母线接线。第3.2.4条在采用单母线、分段单母线或双母线的35110kV主接线中，当不允许停电检修断路器时，可设置旁路设施。当有旁路母线时，首先宜采用分段断路器或母联断路器兼作旁路断路器的接线。当110kV线路为6回及以上，3563kV线路为8回及以上时，可装设专用的旁路断路器。主变压器35110kV回路中的断路器，有条件时亦可接入旁路母线。采用SF6断路器的主接线不宜设旁路设施。第3.2.5条当变电所装有两台主变压器时，610kV侧宜采用分段单母线。线路为12回及以上时，亦可采用双母线。当不允许停电检修断路器时，可设置旁路设施。当635kV配电装置采用手车式高压开关柜时，不宜设置旁路设施。1.3.1 110KV电气主接线设计（1）方案选择方案：线路变压器单元接线（见图1.1）方案：内桥接线（见图1.2）方案：单母线接线（见图1.3）方案：单母线分段接线（见图1.4）图1.1 线路-变压器单元接线 图1.2 内桥接线图1.3 单母线接线 图1.4单母线分段接线(2)方案比较见表1.1表1.1 110KV主接线方案比较方案项目线变单元接线（方案）内桥接线（方案）单母线接线（方案）单母线分段接线（方案）优点接线简单；开关使用量少，节省投资接线简单、清晰;使用开关量相对较少;具有一定的可靠性和灵活性接线简单、清晰，操作方便接线简单、清晰，操作方便；可靠性、灵活性较高缺点串联回路任意设备故障或检修，整个单元停电。可靠性差。不适用于主变经常投切的情况，可扩展性差。可靠性、灵活性差。开关使用量最多，投资较大;任一断路器检修，该回路必须停止工作经过综合比较上面四种方案，线变单元接线，单母线接线可靠性，灵活性较差，内桥接线灵活性较差，不利于扩建。考虑到变电站的长远发展，选择可靠性，灵活性较高的单母线分段接线。1.3.2 35kV电气主接线设计（1）方案选择电压等级为35kV60kV，出线回数超过3回时，可采用单母线接线，也可采用单母线分段接线。为保证线路检修时不中断对用户的供电，采用单母线分段接线，可增设旁路母线。但由于设置旁路母线的条件所限（35kV60kV出线多为双回路，有可能停电检修断路器，且检修时间短，约为23天。）所以，35kV60kV采用单母分段母线接线时，不宜设置旁路母线，有条件时可设置旁路隔离开关。根据以上分析、组合，保留下面两种可能接线方案：方案：单母线接线（见图1.5）方案：单母线分段接线（见图1.6） 图1.5 单母线接线 图1.6 单母分段接线（2）方案比较见表1.2表1.2 35kv主接线方案比较 方案项目单母线接线（方案）单母线分段接线（方案）优点接线简单、清晰，操作方便接线简单、清晰，操作方便；可靠性、灵活性较高缺点可靠性、灵活性差任一断路器检修，该回路必须停止工作据上述两种接线方案的比较，又由于本变电站35KV用户负荷较轻无一级，二级负荷，所以采用可靠性和灵活性较高，经济较合理的单母线分段接线。1.3.3 10kV电气主接线设计610kV配电装置出线回路数目为6回及以上时，可采用单母线接线，单母线分段接线。而双母线接线一般用于引出线和电源较多，输送和穿越功率较大，要求可靠性和灵活性较高的场合。本所10KV出线共6回线路，且变电站10KV用户负荷较轻，宜采用单母线分段接线，方案见图1.7图1.7 10kv单母线分段接线1.4 变电站主接线图见附录A所示62 2 负荷分析计算与变压器选择2.1 负荷分析2.1.1 本变电站的负荷资料表2.1 变电站负荷资料电压等级负荷名称最大负荷(KW)COS供电方式回线数35KV刘工线80000.9架空1刘王线45000.83架空1刘丁线55000.92架空110KV东大街线9000.87电缆1城东线6000.95架空1环城线10000.89架空1郊东线7500.93电缆1郑工线5000.88电缆1其他50000.93架空1已知系统情况为系统通过双回110kV架空线路向待设计变电所供电，在本次设计的变电所中，站用变采用10KV为#1站用变，无35KV站用变。2.1.2 负荷的重要性：本变电站35kv和10kv侧用户负荷较轻，无一、二级负荷，都是三级负荷，根据设计规范，三级负荷一般只需要一个电源供电。2.2负荷计算2.2.1 负荷计算的目的负荷计算主要是确定“计算负荷”。“计算负荷”是指导体中通过一个等效负荷时，导体的最高温升正好和通过实际的变动负荷时产生的最高温升相等，该等效负荷就称为计算负荷。它是按发热条件选择电气设备的一个假想的持续负荷，“计算负荷”产生的热效应和实际变动负荷产生的最大热效应相等。所以根据“计算负荷”选择导体及电器时，在实际运行中导体及电器的最高温升不会超过容许值。计算负荷是选择变压器容量、电气设备、导线截面的依据。计算负荷确定得是否正确合理，直接影响到电器和导线电缆的选择是否经济合理。如计算负荷确定过大，将使电器和导线选得过大，造成投资和有色金属的消耗浪费，如计算负荷确定过小又将使电器和导线电缆过早老化甚至烧毁，造成重大损失。为此，正确进行负荷计算是供电设计的前提，也是实现供电系统安全、经济运行的必要手段。2.2.2 负荷计算的方法若已知一个供电范围的电气设备数量和容量时，负荷计算的方法有：需要系数法、利用系数法和二项式法。(1)需要系数法计算简单，是最为常用的一种计算方法，适合用电设备数量较多，且容量相差不大的情况。(2)二项式法其考虑问题的出发点就是大容量设备的作用，因此，当用电设备组中设备容量相差悬殊时，使用二项式法可以得到较为准确的结果。(3)利用系数法是通过平均负荷来求计算负荷，这种方法的理论依据是概率论与数理统计，因此是一种较为准确的计算方法，但其计算过程相对繁琐。因本设计的电气设备数量和容量都是确定的，且容量相差不大，所以其负荷计算方法选择计算较简单的需要系数法。主要计算公式如下： 有功功率： 式（2.1）无功功率: 式（2.2）视在功率: 式（2.3）计算电流: 式（2.4）其中K是同时系数，有功同时系数取0.85-1，无功同时系数取0.95-1.35kv侧：P35kv=0.9*（8 000+4 500+5 500）=16 200kw Q35kv=Kq=0.95*（8 000*0.48+4 500*0.6+5500*0.425）=8 433.625kvarS35kv=18 263.789KVA=301.28A10kv侧：P10kv=0.9*（900+600+1000+750+500+5000）=7 875kwQ10kv=0.9*(900*0.5667+600*0.328+1000*0.512+750*0.395+500*0.54+5000*0.395）=3 572.076kvarS10kv=8 647.274KVA=499.265A110kv侧总计算负荷：=16 200+7 875=24 075kw=8 433.625+3 572.06=12 005.701 kvar=26 902.46 KVA=141.205A负荷计算结果如表2.2所示：表2.2 负荷计算结果电压等级负荷名称最大负荷(KW)COSSc(KVA)Ic(A)35KV刘工线80000.98888.89146.63刘王线45000.8354.2289.44刘丁线55000.925978.2698.6210KV东大街线9000.871034.4859.73城东线6000.95631.5836.46环城线10000.891123.5964.87郊东线7500.93806.4546.56郑工线5000.88568.1832.8其他50000.935376.34310.412.3主变压器台数、容量和型式的选择依据电力工程电气设计手册、发电厂电气部分、35110KV变电所设计规范选择主变及站用变。2.3.1 主变台数确定在电力工程电气设计手册中可知：“对大中城市郊区的一次变电站，在中、低压已构成环网的情况下，变电站以装设两台主变压器为宜”。在运行或检修时，可以一台工作，一台备用或检修，并不影响供电，也可以两台并列运行。根据设计任务书中所示本变电所为地方变电所，且出线回路数较多，为保证供电的可靠性，参照规程要求，宜选用两台主变压器。 2.3.2 主变容量确定主变压器容量应根据负荷情况进行选择。在电力工程电气设计手册中规定对于装设两台及以上主变压器的变电所，应满足当一台主变停运时，其余变压器容量应能保证全部负荷的70%80%。为保证可靠供电，避免一台主变故障或检修时影响对用户的供电，主变容量就为总负荷的70%80%。容量计算如下：选择条件: nSeS总 SeS总/n=26.902（1+5%）/2=14.124 MVA 取Se=20 MVA 校验条件: (n-1)Se0.7 S总 (2-1)Se0.726.902（1+5%） Se19.77MVA主变容量Se的选择必须符合以上两个条件，所以此110KV变电站主变容量选为20MVA2.3.3 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，本变电所中采用可靠性较高的三相变压器。2.3.4 主变绕组数量 本变电所有110kV、35kV、10kV三个电压等级，根据设计规程规定，“具有三个电压等级的变电所中，如通过主变压器各侧绕组的功率均达到该变压器各容量的15%以上。主变压器一般采用三绕组变压器”， 故本设计中选择三相三绕组有载调压降压变压器。2.3.5 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。电力系统采用的连接方式有y形和形，高、中、低三侧绕组如何连接要根据具体情况来确定。我国110KV及以上电压，变压器都采用Y形连接；35KV亦采用y形连接，35KV以下电压，变压器绕组都采用形连接。由此可知，此变电站110KV侧采用Y形连接，35KV侧采用y形连接，10KV侧采用形连接。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性的问题，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度通信线路的干扰。主要的接地方式有：中性点不接地、中性点经消弧线圈和直接接地。电力网中性点接地的方式，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。中性点的接地方式与接地电容电流的大小有关，电力设备过电压保护设计技术规程SDJ779中规定：当310KV系统的单相接地电容电流不超过30A，2066KV系统的单相接地电容电流不超过10A时，应采用中性点不接地方式 ，即35kv系统，Ic=10A时采用中性点不接地方式，10kv系统，Ic=30A时采用中性点不接地方式，其中Ic是接地电容电流。电容电流的大小与导线截面关系不是很大，但与导线长度关系重大，在计算时一定要将系统内所有导线的长度加起来，两根或多根并列运行的电缆，要按两根或多根统计。按DL/620-1997设计规范得接地电容电流的估算公式如下所示：架空线路：Ic=UL/350，电缆线路：Ic=UL/10，其中U-线电压，L-电压U下电网总长度。本变电站中35kv侧电容电流Ic=UL/350=35*（25+20+18）/350=6.310A10kv侧电容电流：Ic=UL/350+ UL/10=10*（5+20+6）/350+10*（2+12+8）/10=22.880.95 满足要求10KV母线上的无功功率补偿计算：1、10KV的总计算负荷为： Pc = 7875KW Qc = 3572.076Kvar Sc =8647.274KVA2、补偿前变压器10KV侧功率因数为0.91即： 补偿后变压器10KV侧功率因数需达到： 3、无功补偿量：= 0.757875(0.45 -0.32)= 767.81 kvar经查哈尔滨威翰电气设备股份有限公司生产的静止无功发生器SVG型号，10kv侧采用的无功补偿装置的型号为H.SVG-10/900补偿后的平均功率因数：=0.9580.95 满足要求 4 短路电流的计算4.1 短路电流的危害短路是电力系统中最常见的且很严重的故障，短路故障将使系统电压降低和回路电流大大增加，它不仅会影响用户的正常供电，而且会破坏电力系统的稳定性，并损坏电气设备，短路造成的危害如下：（1）短路电流IK远大于正常工作电流，短路电流产生的力效应和热效应足以使设备受到破坏。（2）短路点附近母线电压严重下降，使接在母线上的其他回路电压严重低于正常电压，会影响电气设备的正常工作，甚至可能造成电机烧毁等事故。（3）短路点处可能产生电弧，电弧高温对人身安全及环境安全带来危害。如误操作隔离开关产生的电弧常会使操作者严重灼伤，低压配电系统的不稳定电弧短路可能引起火灾等。（4）不对称短路可能在系统中产生复杂的电磁过程，从而产生过电压等新的危害。（5）不对称短路使磁场不平衡，会影响通信系统和电子设备的正常工作，造成空间电磁污染。因此，在发电厂变电站以及整个电力系统的设计和运行中，都必须对短路电流进行计算，三相交流系统的短路种类主要有三相短路，两相短路，单相短路和两相接地短路。三相短路指供配电系统三相导体间的短路；两相短路指三相供配电系统中任意两相导体间的短路；单相短路指供配电系统中任一相经大地与中性点或与中线发生的短路。上述短路中，三相短路属于对称短路，其他短路属于不对称短路。因此，三相短路可用对称三相电路分析，而不对称短路采用对称分量法分析，即把一组不对称的三相量分解成三相对称的正序、负序和零序分量来分析研究。在电力系统中，发生单相短路的可能性最大，发生三相短路的可能性最小，但通常三相短路的短路电流最大，危害也最严重，所以短路电流计算的重点是三相短路电流计算。4.2短路电流计算的目的计算短路电流的目的是为了正确选择和校验电气设备，避免在短路电流作用下损坏电气设备，如果短路电流太大，必