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毕业设计（论文）题目 110KV变电站一次系统初步设计 学生姓名 韩杰 学号 专业 电气工程及其自动化 班级 指导教师 评阅教师 完成日期2013年3月29日 毕业设计（论文）课题任务书（ - 学年）学院名称：课题名称110KV变电站一次系统初步设计学生姓名韩杰专业电气工程及其自动化学号指导教师任务书下达时间课题概述：本次设计的是110kV变电所，位于工业区，临近负荷中心，用于工业和城市生活用电。本次设计的主要是电气主接线选择、主变压器选择、电气设备选择、无功补偿设计、短路电流计算。要求阅读或检索的参考资料及文献（包括指定给学生阅读的外文资料）：1. 35110KV变电所设计规范2. 陈光会 王敏， 电力系统基础3. 姚春球， 发电厂电气部分4. 电力工程电气设备手册 上、下5. 郭莉鸿等， 安全用电 学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名： 年 月 日 学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保障、使用学位论文的规定，同意学校保留并向有关学位论文管理部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权省级优秀学士学位论文评选机构将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。本学位论文属于1、保密 ，在_年解密后适用本授权书。2、不保密 。（请在以上相应方框内打“”）作者签名： 年 月 日 导师签名： 年 月 日 目 录1.变电站总体部分12.主接线设计方案论证22.1方案1：单母线不分段接线22.2方案二：单母线分段接线32.3主接线选择依据：42.4主接线的选择43.负荷分析及主变压器的选择43.1负荷计算的目的：43.2负荷分析43.3主变压器的选择53.4变压器容量和型号的确定64.短路电流计算64.1电力系统简图64.2 各回路阻抗的计算74.3 110KV侧短路分析:74.4 10KV侧短路分析:95.电气设备的配置与选择105.1 10KV侧断路器的选择105.2 10KV隔离开关的选择115.3 10KV导线的选择125.4 10KV侧互感器的选择12致 谢15参 考 文 献16附 录1718 110KV变电站一次系统初步设计 学 生：韩杰指导教师：（三峡大学 电气信息学院）摘 要：本次设计的是110kV变电所，位于工业区，临近负荷中心，用于工业和城市生活用电。本次设计的主要是电气主接线选择、主变压器选择、电气设备选择、无功补偿设计、短路电流计算。关键词：主接线设计 变压器选择 短路电流计算 电气设备选择前言电力工业为现代化生产提供主要动力。电力科学的发展和广泛应用，对我国工农业的迅速发展及人民生活水平的提高起到了巨大的作用和深远的影响。在电力系统中，变电站担负重要任务，其作用可以概括为4个方面：(1)提高输电电压，减少电能损失；(2)降低电压，分配电能；(3)集中电能、控制电力流向；(4)调整电压，提高电压质量，满足用户的要求。而变电站的一次设计是影响这些方面的主要因素，只有先搞好了其一次设计，才能保证变电站的这些作用。本次设计的是110kV变电所，位于工业区，临近负荷中心，用于工业和城市生活用电。本次设计的主要是电气主接线选择、主变压器选择、电气设备选择、无功补偿设计、短路电流计算。我国目前变电所的发展方向是小型化、无油化、自动化。所谓小型化是采用先进的设备（如GIS设备），减少占地，从而节省建所时的土地购置费用；变电所设备大多数为注油设备，这对安全不利，一旦设备故障，就可能会引起火灾，另外设备的渗油、漏油缺陷会造成环境污染，所以实现变电所的无油化也是发展趋势之一；最后，实现变电所无人值班或少人值班对设备的制造、运行监控以及通讯等技术提出了更高要求。1.变电站总体部分市变电站位于市边缘，供给城市和近郊工业、农业及生活用电，是新建地区变电所。变电站做为电力系统中起着重要的连接作用，是联系发电厂与负荷的重要环节。本课程设计主要是关于本变电站的一次设计，为了是变电站的一次设计能够很好的接入电力系统，使电力系统安全可靠的运行，下面对变电站做初步分析的原始数据进行分析。1. 变电站类型：110KV地方降压变电站2. 电压等级：110/10KV3. 线路回数：110KV：2回，备用2回 10KV：12回，备用2回4. 地理条件:平均海拔100M,地势平坦,交通方便,有充足的水源,属轻地震区.年最 高气温+42，年最低气温-18，年平均气温+16，最热月平均 气温+32。最大风速35M/S，主导风向西北，覆冰厚度10。5. 负荷情况：主要是一、二级负荷，市内负荷主要为市区生活用电、棉纺厂、印染 厂等工业用电；近郊负荷主要为郊区变电站及其他工业用电。6. 系统情况：根据任务书中电力系统简图可以看到，本变电站位于两个电源中间， 有两个发电厂提供电能，进而经过该变电站降压后用于工业、农业等负荷用电，需要一定的可靠性。2.主接线设计方案论证电气主接线是发电厂和变电所电气部分的主体，它反映各设备的作用，连接方式和回路间的相互关系。所以它的设计直接关系到全厂（所）电气设备的选择，配电装置的布置，继电保护、自动装置和控制方式的确定，对电力系统的安全、经济运行起着决定性的作用。2.1方案1：单母线不分段接线2.1.1单母线不分段接线的优点：不分段单母线接线简单清晰，设备少，投资小，运行操作方便，有利于扩建和采用成套配电装置。如图： 2.1.2缺点:可靠性，灵活性差 任一回路的断路器检修,该回路停电 母线或任一母线隔离开关检修,全部停电 母线故障,全部停电2.1.3适用范围:一般只适用6220KV系统中只有一台发电机或一台主变压器的以下三种情况.a. 610KV配电装置,出线回路数不超过5回b. 3563KV配电装置,出线回路数不超过3回c. 110220KV配电装置,出线回路数不超过2回.2.2方案二：单母线分段接线如图： 2.2.1优点:提高了可靠性和灵活性 两母线段可并列运行,也可分裂运行 重要用户可以用双回路接于不同母线段,保证不间断供电 任一母线或母线隔离开关检修,只停该段,其他段可继续供电,减小了停电范围 对于用分段断路器QFd分段,如果QFd只在正常运行时接通,当某段母线故障时,继电保护使QFd及故障段电源的断路器自动断开,只停自动投入装置使QFd自动接通,可保证全部出线继续供电. 对于分段隔离开关QSd分段,当某段母线故障时,全部短时停电,拉开QSd后,完好段可恢复供电.2.2.2缺点:分段的单母线接线增加了分段设备的投资和占地面积,某段母线故障或检修仍有停电问题,某回路的断路器检修,该回路停电,扩建时,需向两端均衡扩建2.2.3适用范围:a. 610KV配电装置,出线回路数为6回及以上时;发电机电压配电装置,每段母线上的发电机容量为12MW几以下时b. 3563KV配电装置,出线回路数为48回时.c. 110220KV配电装置,出线回路数为34回时.2.3主接线选择依据：本所位于市边缘，供给城市和近郊工业、农业及生活用电，供电给市区、食品厂、针织厂、棉纺厂、印染厂、柴油机厂、水泥厂、机修厂、郊区变，所址地区平均海拔100米，地势平坦，交通方便，有充足水源，属轻地震区。且变电所110KV进线、10KV出线数均符合单母线分段的 适用条件。2.4主接线的选择当只有两台主变和两回输电线路时,采用桥形接线,本期变电所高压侧110KV采用内桥接线2.4.1选择依据： 1.内桥接线的特点: (1)其中一回线路检修或故障时其余部分不受影响,操作简单 (2)变压器切除,投入或故障时有一回路短时停运,操作较复杂 (3)线路侧断路器检修时,线路需要较长时间停运 适用范围:输电线路较长或变压器不需要经常投、切及穿越功率不大的小容量配电装置 2.外桥接线的特点 (1)其中一回线路检修或故障时,有一台变压器短时停运,操作较复杂 (2)变压器切除,投入或故障时不影响其他部分的联系,操作较简单 (3)穿越功率只经过的断路器所造成的断路器故障,检修及系统开环的机率小 (4)变压器侧断路器检修时变压器需较长时间停运,桥连断路器检修时也会造成开环 适用范围:适用于输电线路较短或变压器需经常投,切及穿越功率较大的小容量配电装置中2.4.2结论:本期变电所高压侧110KV采用内桥接线，低压侧10KV主接线采用单母线分段接线2.5进出线的选择:110KV部分：本期110KV进线2回。10KV部分：出线12回3.负荷分析及主变压器的选择3.1负荷计算的目的：计算负荷是供电设计计算的基本依据，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，将使电器和导线选择过大，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电缆处于过早老化甚至烧毁，造成重大损失，由此可见正确确定计算负荷重要性。3.2负荷分析10KV侧：近期负荷：远期负荷： 综合最大计算负荷计算公式： （注：同时系数，取85%；a%：线损，取5%） = *（）*（1+a%）=0.85*17.755*（1+0.05）=15.85MVA=()*（1+a%） =0.85*33.065*1.05=29.51MVA视在功率：3.3主变压器的选择3.3.1相数的确定 330KV以下的电力系统，在不受运输条件限制时，应用三相变压器。 3.3.2绕组数的确定对深入引进负荷中心、具有直接从高压降为低压供电条件的变电所，为简化电压等级或减少重复降压容量，可采用双绕组变压器。3.3.3主变压器台数的确定在这次变电站设计中，可以采用一台或者两台主变压器，下面对单台变压器和两台变压器进行比较：比较单台变压器两台变压器技术指标供电安全比满足要求满足要求供电可靠性基本满足要求满足要求供电质量电压损耗略大电压损耗略小灵活方便性灵活性差灵活性好扩建适用性稍差好 由前设计任务书可知，正常运行时，变电站所负荷由110KV系统供电，并考虑到现今社会用户需要的供电可靠性的要求更高，应采用两台容量相同的变压器并联运行。由110KV系统供电,并考虑到现今社会用户需要的供电可靠性的要求更高,应采用两台容量相同的变压器并联运行.3.4变压器容量和型号的确定容量选择及检验公式:(其中n为变电站设计中变压器的台数,在这次设计中,n=2)因此根据上述公式及负荷分析可以选择两台型号为SFZ9-31500/110的有载调压变压器,变压器的技术参数如下表所示:型号 额定电压联接组接号 损耗 (KW)空载电流()阻抗电压()高压低压空载负载SFZ9-31500/1101102*2.510.5YN,d1127.51040.910.54.短路电流计算4.1电力系统简图图4-1 电力系统简图 注：LGJ150：0.416/km LGJ185: 0.410/km LGJ240: 0.401/km4.2 各回路阻抗的计算(取SB=100MVA,UB=Uav)图4-2 电力系统化简图最大运行方式下: 根据所选变压器的技术参数可以求变压器的阻抗:4.3 110KV侧短路分析:图形化简:图4-3 110KV侧短路线路化简图(1) (2) Y(3) Y （4）起始次暂态电流:冲击电流：计算电抗：查图得： t=0.2S时， t =2S及2S后时， 4.4 10KV侧短路分析:图4-4 10KV侧短路线路化简图(1) (2) Y(3)(4) Y（5）起始次暂态电流:冲击电流：计算电抗：当计算电抗3.45时,其短路电流查表得出; 当计算电抗3.45时,则可以近似地认为短路周期电流的幅值已不随时间而变 即5.电气设备的配置与选择5.1 10KV侧断路器的选择1. 该回路为10KV电压等级,故可选用真空断路器2. 该断路器安装在户内,故选用户内式断路器.3. 回路额定电压为10KV,因此必须选择额定电压的断路器,且其额定电流不小于流过断路器的最大持续电流:4. 初选SN9-10真空断路器,主要数据如下:型号额定电压(KV)额定电流(KA)额定开断电流KA动稳定电流KA4S热稳定电流KA固有分闸时间SSN9-101022563250.055. 对所选断路器进行校验(1) 断流能力的校验 流过断路器的短路电流.所选断路器的额定开断电流I=25KA,即断路器的断流能力满足要求(2) 动稳定校验 所选断路器的动稳定电流为63A,流过断路器的冲击电流,则满足动稳定要求(3) 热稳定校验 设后备保护动作时间1S,所选断路器的固有分闸时间0.05S,选择熄弧时间则短路持续时间则允许热效应由于短路时间大于1,非周期分量可忽略不计则由于,所以满足热稳定要求从以上校验可知该断路器满足要求,所以确定选用SN9-10真空断路器.(4)该断路器配用CD10-型操作机构5.2 10KV隔离开关的选择1. 为保证电气设备和母线检修安全,隔离开关选择不带接地刀闸.2. 隔离开关安装在户内,故选用户内式.3. 该回路的额定电压为10KV所选隔离开关的额定电压,额定电流大于流过隔离开关的最大持续电流,4. 初选GN19-10型隔离开关,其主要技术数据如下: 型号额定电压(KV)额定电流(A)允许热效应(KA2S)动稳态电流(KA)GN19-1010125032001005. 校验所选的隔离开关(1) 动稳定校验 所选隔离开关的动稳定电流100KA 短路冲击电流 满足动稳定要求.(2) 热稳定校验 隔离开关允许热效应: 短路热效应: ,满足热稳定要求从以上校验可知,所选隔离开关满足要求,故确定选用GN19-10型隔离开关(3) 隔离开关配用CS6型手动式杠杆操作机构.5.3 10KV导线的选择按最大持续工作电流选择母线截面：,，即选择铜导体TMY100*10mm*mm，每相单条，三相水平放置，导体平放，得热稳定校验：，查表得，所以满足热稳定动稳定校验：，所以满足动稳定所以10KV侧出线选铜导体TMY100*10mm*mm，每相单条，三相水平放置，导体平放5.4 10KV侧互感器的选择5.4.1电流互感器的选择(1) 电流互感器选择的长期工作条件一次回路电压： 式中：电流互感器安装处一次回路工作电压(kV)； 电流互感器额定电压(kV)。一次回路电流： 式中：电流互感器安装处的一次回路最大工作电流(A)； 电流互感器一次绕组额定电流(A)。当电流互感器使用地点环境温度不等于时，应对进行修正。修正的方法与断路器的修正方法相同。(2) 电流互感器的短路稳定校验热稳定校验 式中：1s热稳定电流(kA)；热稳定倍数；次侧额定电流(A)。动稳定校验 式中：动稳定倍数。(3) 准确级准等级是根据所供仪表和继电气的用途考虑。互感器的准等级不得低于所供仪表的准确级；当所供仪表要求不同准确级时，应按其中要求准确级最高的仪表来确定电流互感器的准确级。与仪表连接分流器、变送器、互感器、中间互感器不低于下要求：与仪表相配合分流器、变压器的准确级为0.5级，与仪表相配合的互感器与中间互感器的准确级为0.5。仪表的准确级为1.5时，与仪表相配合分流器、变压器的准确级0.5，与仪表相配合的互感器与中间互感器的准确级0.5。仪表的准确级为2.5时，与仪表相配合分流器、变压器的准确级0.5与仪表相配合的互感器与中间互感器的准确级1.0。用于电能测量的互感器准确级：0.5级有功电度表应配用0.2级互感器；1.0级有功电度表应配用0.5级互感级，2.0级无功电度表也应配用0.5级互感器；2.0级有功电度表及3.0级无功电度表，可配用1.0级级互感器。一般保护用的电流互感器可选用3级，差动距离及高频保护用的电流互感器宜选用D级，零序接地保护可釆用专用的电流互感器，保护用电流互感器一般按10%倍数曲线进行校验计算。(3) 电流互感器的配置根据电力工程电气设计手册（电气一次部分）主接线中的设备配置一节中电流互感器的配置： 凡装有断路器的回路均应装设电流互感器，其数量应满足测量仪表、保护和自动装置要求； 在未设断路器的下列地点也应装设电流互感器：发电机和变压器的中性点，发电机和变压器的出口，桥形接线的跨条上； 对直接接地系统，按三相配置。对非直接接地系统，依具体要求按两相或三相装配5。(4) 种类和型式选择根据安装地点选择屋内或屋外式，根据安装方式选择支持式、装入式（装在变压器套管或多油断路器套管中）和穿墙式（兼作穿墙套管），根据一次绕组匝数可选择单匝LD（用于大电流）、多匝LF（用于小电流）和母线式LM（用于大电流）。620kV屋内配电装置的电流互感器，应采用瓷绝缘（如LDC、LFC和LMC系列）或树脂浇注绝缘（小电流回路采用LA和LFZ系列，大电流回路采用LDZ、LMZ、LAJ和LBJ系列）结构，一般多采用浇注绝缘型。35kV及以上配电装置的电流互感器，采用油浸瓷箱式绝缘结构的独立式电流互感器（如屋外的LCW系列）。选用母线式电流互感器时，应校核其窗口允许通过的母线尺寸。(5) 一次额定电流选择当电流互感器用于测量时，其一次额定电流应尽量选择得比回路中正常工作电流大1/3左右，以保证测量仪表的最佳工作，并在过负荷时使仪表有适当的指示。根据上述选择条件及额定电压和最大持续工作电流，查表选得的电流互感器型号为:LZZ1-10,变比如下:(1) 变压器至母线及母线分段断路器处: , 则取变比为2000/5(2) 线路处,取最大负荷的线路选取: , 则取变比为300/5致 谢我衷心感谢本次设计的小组成员及指导老师，本次毕业设计的课题是110kV变电站电气部分初步设计。变电所是电力系统中不可缺少的一个重要环节，它担负着电能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，而110kV城镇变电所设计是城网建设中的关键环节。本设计中，主要内容包括对变电所的原始资料分析，电气主接线选择、主变压器选择、各电气设备的选择及校验、短路电流计算等。在整体分析后，分别对各环节做详细设计。设计过程中，我查阅了大量论文、书籍，学到了很多这方面的知识。比如选择主变容量时，要考虑到其中一台最大容量的主变停运时，其余的主变应能带全部综合最大计算负荷的6070%，以及能带全部I类和II类负荷的总和。设计电气主接线中，我选择了两种方式来对比，最后综合考虑各方面因素选择用单母线分段的接线方式。短路计算是工作量比较大的一部分，通过对等值网络图的绘制、化简，再求各回路电抗