110kV降压变电所的电气一次系统设计毕业论文.doc

华北电力大学成人教育毕业设计（论文）110kV降压变电所的电气一次系统设计毕业论文 目 录摘要第6页变电所概述第9页第一部分 设计说明书第10页第一章 变电所主接线第10页第二章 主变压器容量及型号确定第18页第三章 短路电流计算第20页第四章 电气设备的选择与校验第23页第五章 确定最佳方案第27页第六章 防雷系统设计第29页第七章 接地装置设置第30页第八章 电气总平面布置第31页第二部分 设计计算书第33页第一章 变压器容量及参数计算第33页第二章 短路点的短路电流计算第34页第三章 设备的选择与校验过程第37页3.1 110KV断路器及隔离开关选择第37页3.2 35 KV断路器及隔离开关选择第38页3.3 10KV断路器的选择第40页3.4 电流互感器的选择第41页3.5 母线及出线的选择第44页3.6 支柱绝缘子选择第50页3.7 10KV穿墙套管的选择第52页第四章 防雷保护的计算第53页第五章 接地装置计算第55页致谢第56页 待设计变电所概述本变电所的电压等级为110KV，系统经单回线（LGJ-185/20km）给变电所供电。本所向该地区35KV和10KV两个电压等级负荷供电。l 负荷情况： 35 KV侧：最大20 MW，最小15 MW，Tmax = 5500小时，cos = 0.8510 KV侧：最大15 MW，最小10 MW，Tmax = 5400小时，cos = 0.85l 建设规模：1、 110KV出线2回 架空；2、 35KV出线6回 架空；3、 10KV出线10回 电缆4、 35KV和10KV侧对端无电源l 环境条件：当地最高温度40，最低气温 -30，年平均温度20，当地土壤电阻率 Ug； In Igmax4.2.2 校验的一般原则l 电器在选定后应按最大可能通过的短路电流进行动、热稳定校验，校验的短路电流一般取最严重情况的短路电流。l 短路热稳定条件I2 tdz It2 t (tdz = tz + 0.052 = I / I)I：稳态三相短路电流tdz：短路电流发热等值时间It：短路器 t 秒热稳定电流tz：短路电流周期分量等值时间l 短路动稳定条件ich imaxich：三相短路电流冲击值imax：短路器极限通过电流峰值l 断路器开断容量校验Sbrn SdSbrn：断路器额定断流容量Sd：短路容量4.3 电气设备与载流体的选择（详细选择及计算参考P37）4.3.1 断路器的选择表4-1 断路器参数型号装设地点额定电压（KV）额定电流（A）热稳定电流（KA）SW4-110/1000110KV侧110100021（5S）SW3-35/60035KV进线356006.6（4S）SW3-35/60035KV出线356006.6（4S）SN10-10 C /125010KV进线10125029（4S）SN11-10 C /100010KV出线10100020（5S）表4-1 （ 续 ）额定开断电流（KA）额定开断容量（MVA）极限通过电流（KA）投资（万元）最大有效18.435005532116.6400179.87.56.6400179.87.528.950071422.523.140052301.14.3.2 隔离开关的选择表4-2 隔离开关参数型号装设地点额定电压额定电流动稳定电流热稳定电流GW2-110/600110KV侧1106005014（5S）GW4-35/60035KV进线356005015.8（4S）GW4-35/60035KV出线356005015.8（4S）投资（万元）110KV侧2.535KV侧1.24.3.3 高压熔断器的选择表4-3 高压熔断器参数型号额定电压（KV）额定电流（A）断流容量（MVA）备注RW9-35350.5600保护户外电压互感器RN2100.51000保护户内电压互感器4.3.4 电流互感器（CT）的选择表4-4 电流互感器参数型号安装地点额定变比准确级1S热稳定倍数动稳定倍数L-110110KV侧200/50.5/D75135LCW-3535KV进线400/50.5/365100LCW-3535KV出线300/50.5/365100LBJ-1010KV进线1200/50.5/D5090LA-1010KV出线1000/50.5/350904.3.5 电压互感器（PT）的选择l 本设计的电压互感器按用于运行监视和估算电能用，所以准确度选1级；l 型式：35110KV屋外配电装置，一般采用油浸绝 缘结构或瓷绝缘结构；10KV屋内配电装置，一般采用油浸绝缘结构或树脂浇筑绝缘结构；l 一次电压（U1）：1.1UN U1 0.9UNl 二次电压：电压互感器二次电压，应根据使用情况，按表4-5选表4-5 电压互感器的二次电压选择绕组主二次绕组附加二次绕组高压侧接入方式接于线电压上接于相电压上用于中性点直接接地系统用于中性点非直接接地系统二次额定电压1001003100100，3表4-6 电压互感器参数型号装设地点型式额定变比（KV）最大容量（VA）JCC-110110KV屋外瓷绝缘110/3|0.1/3|0.12000JDJJ-3535KV屋外油浸式35/3|0.1/3|0.1/31200JDZJ-1010KV屋内浇筑式10/3|0.1/3|0.1/33004.3.6 母线与引接线的选择母线的选择原则l 矩形导体具有结构简单，安装及施工方便的特点，它运用与发电厂及变电所中35KV及以下的配电装置或外母线桥的连接；l 110KV及以上高压配电装置，一般采用软导线；表4-7 母线与引接线参数装设地点型号材料截面尺寸（mm）载流量（A）110KV母线LGJ-185钢芯铝绞线18553135KV母线405单条矩形铝母竖放20054310KV母线808单条矩形铝母竖放640135835KV出线LGJ-300钢芯铝绞线30075510KV出线70交联聚乙烯绝缘三芯（铝）电力电缆701854.3.7 支柱绝缘子的选择选择原则：l 用于室内时，一般采用联合胶装的多棱式支柱绝缘子；l 用于室外时，一般采用棒式支柱绝缘子。在需要倒装时，宜用悬挂式支柱绝缘子；表4-8 支柱绝缘子参数型号额定电压(KV)绝缘子高度(mm)机械破坏负荷(kg)X-4.5 (7片)110KVZS-3535KV400400ZD-1010KV23520004.3.8 10KV穿墙套管的选择型号额定电压(KV)额定电流(A)套管长度(mm)机械破坏负荷(kg)CLD-101020005802000 第五章 确定最佳方案5.1 变压器年电能损失总值计算SFSZ9-31500/110型主变压器的三绕组容量比为100/50/50，故适用于公式：A=n(P0+KQ0) T0+1/2n(P+KQ)S12/Sn2+S22/(SnS2n)+S32/( SnS3n)=2(38.4+0.1252) 8000+1/(22) (229+0.15670) 02/315002+235302/(3150015750)+176482/(3150015750) 4000=1017600+199(0+1.116+0.628) 4000=2405824 KWhA：年电能损失总值n：容量相同并列运行的n台变压器P0：空载有功损耗Q0：空载无功损耗Q0=I0%(Sn/100)=0.8(31500/100)=252 KvarI0%：空载电流T0：变压器全年实际运行小时数，一般取8000hK：无功经济当量，一般取0.1P：短路有功损耗Q：短路无功损耗Q =Ud%(Sn/100)=18(31500/100)=5670 KvarS1、S2、S3为n台变压器三侧分别担负的最大负荷Sn：变压器额定容量S2n：变压器第二绕组额定容量S3n：变压器第三绕组额定容量：最大负荷损耗时间，查表得=40005.2 综合投资计算Z=Z0(1+a/100)Z0：主体设备投资，本次设计仅考虑主变压器、断路器和隔离开关a：附加费用比例系数，一般取905.2.1 方案4综合投资Z=(1+90/100)(230+311+97.5+32.5+101.1+82.5+181.2)=1.9220.6=419.14 万元5.2.2 方案6综合投资Z=(1+90/100)(230+511+97.5+22.5+101.1+102.5+201.2)=1.9247.5=470.25 万元5.3 年运行费用比较u=aA10-4+u1+u2a：电能电价，一般取 0.07 元/KWhu1：小修、维护费，一般取 0.062Zu2：折旧费，一般取 0.12Z5.3.1 方案4年运行费用u1=0.062Z=0.062419.14=26 万元u2=0.12Z=0.12419.14=50 万元u =0.07240582410-4+26+50=93 万元5.3.2 方案6年运行费用u1=0.062Z=0.062470.25=29 万元u2=0.12Z=0.12470.25=56 万元u =0.07240582410-4+29+56=102 万元5.4 最终接线方式选择两种方案从技术上（可靠性、灵活性等）基本类似，只能从经济方面考虑，方案4无论从设备综合投资还是年运行费用上都优于方案6，故最终选定方案为方案4（110KV：采用内桥接线 35KV：采用分段单母线 10KV：采用分段单母线）；第六章 防雷系统设计6.1 阀型避雷器的选择6.1.1 型式选择避雷器型式时，应考虑被保护电器的绝缘水平和使用特点，3220KV变电所的配电装置一般使用FZ型避雷器；6.1.2 额定电压避雷器的额定电压应与系统的额定电压一致；6.1.3 灭弧电压避雷器安装地点可能出现的最大的导线对地电压，应小于或等于避雷器的最大容许电压；6.1.4 工频放电电压本所属中性点直接接地系统，工频放电电压应大于最大运行相电压的3倍，工频放电电压应大于灭弧电压的1.8倍；6.1.5 避雷器的选择型号组合方式额定电压(KV)灭弧电压(KV)工频放电电压 (KV)不小于不大于FZ-110J4FZ-30J110100224268FZ-352FZZ-10单独元件1012.726316.2 避雷针的设置根据电力设备过电压保护设计技术规程，对避雷针有如下几个方面的要求：l 独立避雷针与配电装置带电部分，变压器电力设施接地部分，架构接地部分之间的空气中距离应符合下式要求：Sk0.3Rch+0.1hSk：空气中距离Rch：独立避雷针的冲击接地电阻（）H：避雷针校验点的高度(m)l 独立避雷针的接地装置与变电所接地网的地中距离应符合下式要求：Sd0.3RchSd：地中距离除上述要求外，对避雷针还有Sk不宜小于5米，Sd不宜小于3米。l 独立避雷针宜设独立接地装置l 独立避雷针不宜设在人经常通过的地方，避雷针及其接地装置与路边或出口等距离不宜小于3米根据各项事宜，为保护变电所电气设备免受直击雷的侵害，本站设计装设四支30米等高的独立避雷针，且采用独立接地装置，通过计算，此设计满足防累要求。 第七章 接地装置设置为了保证人身和设备安全，电气设备接地或接零，为了将各种不同电压的电气设备接地，应使用一个总的接地装置，电气设备的人工接地体应尽可能使电气设备所在地点附近对地电压分布均匀，大接地短路电流的电气设备，一定要装设环形接地体，并加装均压带。对变压器、电器的底座和外壳、互感器二次绕组、屋外配电装置的金属和钢筋混凝土构架以及靠近带电部分的金属遮拦和金属门等都是接地范围。本设计对接地装置布置为：l 接地装置系由505、长2.5m的角钢作为垂直接地体和-606扁钢作为水平接地体成接地装置，埋没深度为0.8米l 接地棒每隔6m埋没一根，并用-606扁钢速成环状l 杠塔、金属架构、电气设备金属外壳等、操作机构、电气设备工作接地等处均需接地，其分支引线工作接地外，均采用16圆钢引出地面，其引出位置应按距离接地设备最近处设备。l 地下电缆沟的接地线采用-606扁钢与电缆支架连接，中间及端头与主接地网相连接，户外地上电缆支架用16圆钢与接地相连。l 接地装置总接地电阻不应超过0.5,否则增加接地棒，至总接地电阻0.5为止。l 变压器采用-606扁钢两处可靠接地。第八章 电气总平面布置8.1 配电装置的基本要求l 配电装置的设计必须贯彻执行国家基本建设方针和技术经济政策。l 保证运行可靠，按照系统和自然条件合理选择设备，在布置上力求整齐，清晰，保证具有足够的安全距离。l 便于检修，巡视和操作。l 在保证安全的前提下，布置紧凑，力求节约材料和降低造价。l 安装和扩建方便。8.2 屋内、外配电装置大型发电厂和变电所中，35KV以及下的配电装置多采用屋内配电装置，110KV以及以上多为屋外配电装置，但110220KV装置，当有特殊要求（如战备或深入城市中心）或处于严重污秽地区（如海边或化工区）时经过经济技术比较，也可采用屋内式布置。8.2.1 屋内配电装置的特点l 由于允许安全净距小和可以分层布置故占地面积较小；l 维修巡视和操作在室内进行，不受气候影响；l 外界污秽空气对电气设备影响较小，可减少维护工作量；l 房屋建筑投资较大；8.2.2 屋外配电装置的特点l 土建工程量和费用较小，建设周期短；l 扩建比较方便；l 相邻设备之间距离较大，便于带带电作业；l 占地面积大；l 受外界空气影响，设备运行条件较差，须加强绝缘；l 外界气象变化对设备维修和操作有影响；8.3 配电装置的设计8.3.1 根据电气设备的高度，屋外配电装置采用中型配电装置：所有电器都安装在同一水平面内，并装在一定高度的基础上，使带电部分对地保持必要的高度，变压器基础为双梁形并铺以铁轨，下边设置贮油池，其尺寸比设备外廓大1M，池内辅设厚度不大于0.25的卵石层。两台变压器净距12米，断路器、隔离开关，电流电压互感器均采用高式布置，其支柱绝缘子最低边对地的距离为2.7M；中垂配电装置采用的有关尺寸：（M）弧垂根间距离母线架构高度架构宽度12.27.38.08.3.2 屋内配电装置的布置型式为单层、二通道、单母线分段，采用成套开关柜、柜间有绝缘管隔离。35KV为JYN135手车式交流金属封闭型移开式开关柜，10KV为KYN110系列户内交流铠装移开式开关柜、体积小、油量少、重量轻、占地面积小等优点，配有备用手车开关，在检修时可更换使用，减少停电时间。母线为水平布置，35KV相间距离为500mm，10KV为300mm，两段母线间以垂直的隔墙分开，这样当一组母线故障不会影响一组母线，并可以安全检修。装置正面配有2.52.8M操作通道，背面有1M的维护通道。第二部分 设计计算书本部分包含变压器容量选择、短路电流、设备选择及校验、防雷保护与接地装置详细的计算过程。第一章 变压器容量及参数计算1.1 基准容量计算 SB=100MVA 短路电流标幺值为：15 XS* = 1/15 = 0.067又系统供电线路为：LGJ-185/20km，查表得X1=0.55/km，即X1=0.5520=11 X1*=X1(SB/UB2)=11(100/1152)=0.0831.2 变压器容量选择 要求当一台变压器停用时，可保证对60%负荷的供电；110KV电压等级电网的线损率（a%）一般取5%；所用负荷S所一般选取0.1MVA； 计算容量 SN=0.6Pmax(1+5%)+S所=0.6(20/0.85+15/0.85)1.05+0.1=26043 KVA主变选用SFSZ9-31500型变压器1.3 变压器阻抗电压计算查SFSZ9-31500型变压器参数得：UK(1-2)=18% UK(1-3)=10.5% UK(2-3)=6.5%UK1% =1/2UK(1-2) %+ UK(1-3) %- UK(2-3) %=1/218+10.5-6.5=11%UK2% =1/2UK(1-2) %+ UK(2-3) %- UK(1-3) %=1/218+6.5-10.5=7%UK3% =1/2UK(2-3) %+ UK(1-3) %- UK(1-2) %=1/210.5+6.5-18=0XT1 =(UK1%/100)(UB2/SN)=(11/100) (1152/31.5)=46.183XT2 =(UK2%/100)(UB2/SN)=(7/100) (1152/31.5)=29.389XT3 =(UK3%/100)(UB2/SN)=(0/100) (1152/31.5)=0XT1* = XT1(SB/UB2) =46.183(100/1152) =0.349XT2* = XT2(SB/UB2) =29.389(100/1152) =0.222XT3* = XT3(SB/UB2) =0(100/1152) =0第二章 短路点的短路电流计算2.1 主接线等值电路图：2.2 d1点发生三相短路（110KV）2.2.1 电源对短路点的等值电抗（X1*）X1*=Xs*+X1*/2=0.067+0.083/2=0.10852.2.2 短路电流标幺值（Iz1*）Iz1* = I1* = I1* = 1/X1*=1/0.1085=9.2172.2.3 短路电流有名值（Iz1）Iz1=I1=I1=Iz1*IB= Iz1*(SB/3UB)=9.217100/(3115)= 4.628 KA2.2.4 短路电流冲击值（ich1）ich1=2KchI1=21.84.628=11.781 KA2.2.5 短路全电流最大有效值（Ich1）Ich1=I11+2(Kch1)2=4.6281.51=6.989 KA2.2.6 短路容量（Sd1）Sd1=SB/X1*=100/0.1085=921.659 MVA2.3 d2点发生三相短路（35KV）2.3.1 电源对短路点的等值电抗（X2*）X2*=Xs*+(X1*+ XT1*+ XT2*)/2=0.067+(0.083+0.349+0.222)/2=0.3942.3.2 短路电流标幺值（Iz2*）Iz2* = I2* = I2* = 1/X2*=1/0.394=2.5382.3.3 短路电流有名值（Iz2）Iz2=I2=I2=Iz2*IB= Iz2*(SB/3UB)=2.538100/(337)= 3.961 KA2.3.4 短路电流冲击值（ich2）ich2=2KchI2=21.83.961=10.083 KA2.3.5 短路全电流最大有效值（Ich2）Ich2=I21+2(Kch1)2=3.9611.51=5.981 KA2.3.6 短路容量（Sd2）Sd2=SB/X2*=100/0.394=253.807 MVA2.4 d3点发生三相短路（10KV）2.4.1 电源对短路点的等值电抗（X3*）X3*=Xs*+(X1*+ XT1*+ XT3*)/2=0.067+(0.083+0.349+0)/2=0.2832.4.2 短路电流标幺值（Iz3*）Iz3* = I3* = I3* = 1/X3*=1/0.283=3.5342.4.3 短路电流有名值（Iz3）Iz3=I3=I3=Iz3*IB= Iz3*(SB/3UB)=3.534100/(310.5)= 19.432 KA2.4.4 短路电流冲击值（ich3）ich3=2KchI3=21.819.432=49.466 KA2.4.5 短路全电流最大有效值（Ich3）Ich3=I31+2(Kch1)2=19.4321.51=29.342 KA2.4.6 短路容量（Sd3）Sd3=SB/X3*=100/0.283=353.357 MVA 第三章 设备的选择与校验过程3.1 110KV断路器及隔离开关的选择3.1.1 断路器的选择3.1.1.1 额定电流及额定电压的选择要求：INIgmax UNUgIgmax=1.05Ig=1.0531500/(3110)=173.604A选用SW4-110/1000型断路器，IN=1000A3.1.1.2 热稳定校验要求：I2tdzIt2ttdz =tz+0.052 =I/I=1由表可知，当t=5S时，It=21KA tz=4.4Stdz =4.4+0.0512=4.45SI2tdz=4.62824.45=95.312 KA2SIt2t=2125=2205 KA2SI2tdz=95.312It2t=2205 KA2S 满足要求3.1.1.3 动稳定校验要求：ichimaxich=11.781imax=55 KA 满足要求3.1.1.4 开断容量校验要求：SdSbrnSd=921.659Sbrn=3500 MVA 满足要求3.1.2 隔离开关的选择3.1.2.1 额定电流及额定电压的选择要求：INIgmax UNUgIgmax=173.604A选用GW2-110/600型隔离开关，IN=600A3.1.2.2 热稳定校验要求：I2tdzIt2ttdz =tz+0.052 =I/I=1由表可知，当t=5S时，It=14KA tz=4.4Stdz =4.4+0.0512=4.45SI2tdz=4.62824.45=95.312 KA2SIt2t=1425=980 KA2SI2tdz=95.312It2t=980 KA2S 满足要求3.1.1.3 动稳定校验要求：ichimax ich=11.781imax=50 KA 满足要求3.2 35KV断路器及隔离开关的选择3.2.1 进线断路器的选择3.2.1.1 额定电流及额定电压的选择要求：INIgmax UNUgIgmax=Pmax/(3UNcos)=20/(3350.85)=388.135A选用SW3-35/600型断路器，IN=600A3.2.1.2 热稳定校验要求：I2tdzIt2ttdz =tz+0.052 =I/I=1由表可知，当t=4S时，It=6.6KA tz=3.4Stdz =3.4+0.0512=3.45SI2tdz=3.96123.45=54.129 KA2SIt2t=6.624=17