110kV终端变变电站电气一次系统设计

毕业设计说明书摘要在电力系统中变电站是极为重要的组成部分，所以，变电站的设计正确与否，将影响整个电力系统的安全可靠行和运行效率。本说明书详细介绍了本次110kV变电站设计的过程和具体步骤。根据各专业提供的资料和相关的设计规范，拟定设计方案同时进行方案比较及作出最终设计方案的确定。首先分析设计原始资料，计算出需要的负荷，同时考虑长远发展情况选择合适的负荷增长率。确定各电压等级出线回路后，选择不同电气主接线进行方案比较，从可靠性、灵活性和经济性三个方面进行，最后选择本次设计电气主接线方案。确定主变型号，计算出35kV和10kV侧短路电流。根据短路电流值选择和校验相应的电气元件。最后简要说明本次110kV变电站防雷接地设计。关键字：110kV变电站；主接线；短路电流计算；电气设备选型AbstractTransformer substation in electric power system is a very important part of, so, the design of the transformer substation is correct or not, will affect the whole electric power system safe and reliable line and running efficiency.This manual introduces the 110 kV substation design process and specific steps.According to the information provided by the professional and related design specifications, and formulate design plan and scheme comparison and make a final determination of design scheme. First of all the raw data of the analysis and design, calculate the need of load, at the same time, considering the long-term development situation to choose the appropriate load rate.After each voltage grade wire loop, choose a different main electrical wiring scheme comparison, reliability, flexibility and economy from three aspects, finally choose the design of the main electrical wiring scheme.To determine the main transformer model, calculate the 35 kV and 10 kV side short circuit current.According to the short circuit current value selection and check the corresponding electrical components.Finally briefly explain the 110 kV substation grounding design.Key word: 110 kV substation；Main electrical connection；Short circuit current calculation；Electrical equipment selectionI目录 摘要IAbstractII目录1第一章 绪言（1）第二章 负荷计算及主变选择（2）2.1原始资料（2）2.2 负荷计算（2）2.3 主变压器的选择（3）2.4所用变压器的选择（5）2.5 小结（6）第三章 电气主接线设计（7）3.1电气主接线概述（7）3.2 电气主接线的基本要求（7）3.3 主接线的基本形式和特点（8）3.4 设计方案和结果（11）第四章 短路电流计算（13）4.1 假设条件（13）4.2 基准值选取（13）4.3计算过程（14）4.4 短路电流计算结果（20）第五章 电气设备选择与校验（21）5.1 电气设备选择的原则和条件（21）5.2 110kV侧高压配电装置选择（23）5.3 35kV侧配电装置选择（28）5.4 10kV高压开关柜的选择（31）5.5 本章小结（36）第六章 变电站防雷接地设计（37）6.1直击雷保护（37）6.2变电站侵入波保护（37）6.3主变防雷保护（38）6.4变电站接地保护（38）第七章 总结（39）致 谢（40）参考文献（41）附录（43）第 1 页第一章 绪言变电站是电力系统中极为重要的环节，它负责电能的汇集和分配，对整个电网的安全和经济运行起到关键性作用。我国电力系统正在朝着大电网、超高压、大容量方向发展，各种高压设备也在同步发展，并且不断向小型化、免维护或少维护、高可靠性方向发展，高能耗设备将逐步退出市场。110kV变电站电气设备分一次和二次设备。直接用来接受和分配电能的称之为一次设备。由一次设备组成的回路为电气主接线系统，也可称为一次系统。本说明为110kV变电站电气一次系统设计。变电站一次系统的设备主要有主变压器、断路器、隔离开关、母线、互感器、补偿电容及避雷装置等。主变压器是整个变电站的核心，负责转换需要的电压。变电站设计时需要进行负荷计算来确定变压器容量和台数。开关设备（断路器和隔离开关）负责切断和投送电。互感器用来转换电压和电流，进行监测和保护系统。避雷器用来保护系统中的电气设备在过电压情况下不被损坏。母线的作用是传输电能。本次设计的步骤：先进行负荷计算，选定主变，比较确定电气主接线方式，进行短路电流计算，根据短路电流计算结果选择电气元件，最后简单介绍110kV变电站的防雷接地。第二章 负荷计算及主变选择2.1原始资料拟建变电站电压等级：110/35/10kV，两回进出线。设计自然条件：海拔1000m，本地区污秽等级2级，地震烈度（A）（3）额定开断电流校验：110kV母线三相稳态短路电流有效值（kA）LW25-126W断路器的额定开断电流（kA）符合要求（4） 动稳定校验：110kV母线三相短路冲击电流： （kA）LW25-126W断路器的动稳定电流：（kA）满足动稳定要求（5） 热稳定校验： (5-7)短路电流通过断路器的最长时间，计算时间，（s）；断路器的断开时间，（s），取为0.05s；继电保护动作时间，（s），取后备保护时间为2s。数据代入式（5-7）： (s)因1s导体的发热主要由周期分量来决定，代数据入公式（5-3）则：kA2 skA2 s满足热稳定要求（6）温度校验本次110kV变电站所在地区气温：-238，满足要求。由上述校验可知，110kV侧选用LW25-126W断路器符合要求。5.2.2 110kV侧隔离开关选择选择和校验过程同上，设计选择GW4-110D型隔离开关，具体参数如下：设备型号：GW4-110D；额定电压：115kV；额定电流：1250A；动稳定电流：80kA；4s热稳定电流：31.5kA；允许使用环境温度：-4040。校验后，结果满足要求。5.2.3 110kV侧电流互感器选择1） 一次回路电压：(kV)电网额定电压,(kV)；一次回路电压,(kV)。 2）一次回路电流： （A） 最大长期工作电流,（A）；一次回路额定电流,（A）。3）选择LB7-110W ,技术参数如下：型号：LB7-110W；额定电压：115kV；电流比：1200/5；级次组合：0.2S/0.5/4x5P30；Kd:135；Kt:75/1。（1） 热稳定校验：短路电流通过电流互感器的最长时间，计算时间，（s）；断路器的断开时间，（s），取为0.05s；继电保护动作时间，（s）取后备保护时间为2s。代入数据： (s)kA2 s（A）；(s)kA2 s符合要求（2） 动稳定校验：；（A）；（kA）（kA）符合要求。通过以上校验可知，选择LB7-110W型电流互感器符合要求。5.2.4 110kV侧电压互感器选择PT的型号：TYD-110/-0.02；户外安装；准确等级： 0.5；额定变比：（kV）。5.2.5 110kV侧母线的选择110kV主母线采用屋外半高型设计，选用钢芯铝绞线。110kV最大负荷持续工作电流：=242.43（A）根据此侧T4000h/y及经济电流密度表，选择经济电流密度J=1（A/）则导体的经济截面为 ： S=242（） (5-8)初选LGJ-800/70mm型导线载流量：1403A ；截面积：800 ；其集肤系数Kf=1；最高允许温度为70；基准环境温度为+25。考虑环境温度修正系数：(40) （A） （A）热稳定校验正常运行时导体温度70根据，查表5-1得C=87，则满足短路时发热的最小导体截面为：()70可不进行电晕校验。表5-1 导体工作条件及对应的热稳定系数C导体种类和材料导体长期允许工作温度（）短路时导体允许最高温度（）C值母线铜铝70703002001718761035kV交联聚乙烯绝缘电缆铜芯铝芯铝芯90（注1）90（注1）90（注1）250250200（注2V交联聚乙烯绝缘电缆铜芯铝芯铝芯80（注1）90（注1）80（注1）250250200（注2）1429381注：1、根据国家标准GB 12706.3-1991额定电压35kV及以下铜芯、铝芯塑料绝缘电力电缆第三部分第3.1条的规定，交联聚乙烯绝缘电力电缆导体的最高额定温度为90；国家标准GB 50217-1994电力工程电缆设计规范附录A中，额定电压大于10kV的交联聚乙烯绝缘电力电缆，额定负荷时最高允许温度为80。2、对发电厂、变电所及大型联合企业等重要回路的铝芯电缆，短路最高允许温度为200。5.3 35kV侧配电装置选择5.3.1 35kV侧断路器的选择1） 断路器的额定电压：（kA）2） 断路器的额定电流：代数据入公式（5-6）得：（A）(考虑远期负荷的增长，选用远期负荷)3）设计选择ZW30-40.5型真空断路器，具体参数如下：设备型号：ZW30-40.5；额定电压：40.5kV；额定电流：2000A；额定开断电流：31.5kA；动稳定电流：80kA；4s热稳定电流：31.5kA；允许使用环境温度：-4040。4） 校验校验结果均满足要求。5.3.2 35kV侧隔离开关的选择选择和校验过程同上，设计选择GW4-35W型隔离开关 ，具体参数如下：设备型号：GW4-35W；额定电压：37kA；额定电流：630kA；动稳定电流：50kA；4s热稳定电流：20kA；允许使用环境温度：-4040。校验结果均满足要求。5.3.3 35kV侧电流互感器的选择1） 一次回路电压：(kV)2） 一次回路电流：（A）3）预选：LZZBJ2-40.5W ,技术参数如下:型号：LZZBJ2-40.5W；额定电压：40.5kA；电流比：800/5；级次组合： 10P25/10P25/0.5/0.2；：135；：75/1。4）校验：（1） 热稳定校验：短路电流通过电流互感器的最长时间，计算时间，（s）；断路器的断开时间，（s），取为0.06；继电保护动作时间，（s）取后备保护时间为2s。代入数据： (s)kA2 s（A）；(s)kA2 s符合要求（2） 动稳定校验：；（A）；（kA）（kA）符合要求通过以上校验可知，选择LZZBJ2-10型电流互感器符合要求。5.3.4 35kV侧电压互感器选择PT的型号：JDZXF25-35W2 户外；准确等级： 0.5；额定变比：(kV)5.3.5 35kV侧母线选择1） 最大负荷持续工作电流I=363.73（A）2） 根据此侧T4000h/y及经济电流密度表，选择经济电流密度J=1(A/)则导体的经济截面为 S=363.7()选择LGJ-300/25mm型导线；载流量754A；截面积333；集肤系数Kf=1；最高允许温度为70；基准环境温度为+25。考虑环境温度修正系数：（A） （A）3）热稳定校验正常运行时导体温度:()70()4）根据50.5，查表5-1得C=87，则满足短路时发热的最小导体截面为：()（A）（3）额定开断电流校验：10kV母线三相稳态短路电流有效值：（kA）ZN7-12断路器的额定开断电流：（kA）符合要求。（4）动稳定校验：10kV母线三相短路冲击电流：（kA）ZN7-12断路器的动稳定电流：（kA）满足动稳定要求。（5） 热稳定校验：短路电流通过断路器的最长时间，计算时间，（s）；断路器断开时间，（s），取0.06s；继电保护动作时间，（s），取后备保护时间为2s。代入数据： (s)因1s导体的发热主要由周期分量来决定，带数据入公式（5-3）则：kA2 skA2 s满足热稳定要求。（6）温度校验ZN7-12断路器允许使用环境温度：-4040，满足要求。通过以上的校验可知，10kV侧所选的ZN7-12断路器完全符合要求。5.4.2 10kV侧隔离开关的选择选择和校验过程同上，设计选择GN30-10D/2000A户内交流高压隔离开关 ，具体参数如下：设备型号：GN30-10D/2000A；额定电压：10kV；额定电流：2000A；动稳定电流：50kA；4s热稳定电流：31.5kA；允许使用环境温度：-1040。校验结果均满足要求。5.4.3 10kV侧电流互感器的选择1）一次回路电压：（kA） 2）一次回路电流：（A）3） 预选：LZZBJ-10,技术参数如下：设备型号：LZZBJ-10；额定电压：10kA；电流比：2500/5；级次组合：10P25/0.2；动稳定电流：80kA；= 135；= 75/1s4）校验：（1） 热稳定校验：短路电流通过断路器的最长时间，计算时间，（s）；断路器断开时间，（s），取0.06s；继电保护动作时间，（s），取后备保护时间2s。代入数据：=0.06+2=2.06(s)因Td1s发热主要由周期分量来决定，则： kA2 s（A）；(s)kA2 s符合要求（2）动稳定校验：；（A）；（kA）（kA）符合要求通过以上校验可知，选择LZZBJ-10型电流互感器符合要求。5.4.4 10kV开关柜型号综合上述最终选定的高压开关柜的型号为：XGN2-10-24T。配有GN30-10D/1000A型隔离开关；ZN7-12/1000A型断路器；LZZBJ-10型电流互感器和Y5WZ1-17/45型避雷器。5.4.5 10kV 侧母线选择1）最大负荷持续工作电流I=（A）2） 根据此侧T4000h/y及经济电流密度表，选择经济电流密度J=1(A/)则导体的经济截面为=1145.75()按以上计算选择和设计任务要求可选择矩形母线。初选2x(LMY-125x10)型导线。具体参数如下：载流量：3005A；截面积：2500，集肤系数Kf=1，最高允许温度为70，基准环境温度为+25考虑环境温度修正系数： （A） （A）3)热稳定校验正常运行时导体温度 ()70()4) 根据46.55，查表5-1得C=87，则满足短路时发热的最小导体截面为：() 2500()能满足热稳定要求。5.5 本章小结短路电流计算完成之后，选择设备和导体。电气设备和载流导体的功能不同，校验方式也完全不同。本章详细介绍了如何进行电气设备和导体的选择和校验。只有合理的选择电气设备和载流导体，才能使变电站安全稳定的运行。本次计算，严格参照设备手册进行选型和校验，所选设备合理恰当。第六章 变电站防雷接地设计变电站在整个供电系统中非常重要，如果变电站发生雷击事故，将会导致大面积停电，同时会损坏电网，所以变电站防雷必须合理可靠。正常情况下雷击有两种：雷电直击变电站电气设备，架空线路雷电波沿线路侵入变电站。6.1直击雷保护110kV供电设施采用独立避雷针防雷，防雷击地电阻不大于4欧姆。1）110kV架空线全线架设双避雷线，防止雷电直击线路。2）在变电站内安装根避雷针，使变电站的所有设备与建筑都在其保护范围内6.2变电站侵入波保护由于线路落雷频繁，这样雷电波会沿着架空线侵入变电站，入侵的雷电波会受到线路绝缘的限制，其峰值可能超过电气设备的绝缘冲击水平，故应装设避雷器来限制雷电波电压峰值，保护设备安全。1）根据变电站实际情况在下列点装设避雷器：（1）110kV进线端，防止110kV线路雷电流侵入变电站（2）35kV和10kV母线，防止线路雷电流侵入变电所（3）主变110kV中性点接地2） 根据各级电压等级确定避雷器的额定电压所选避雷器列表如下表6-1表6-1 避雷器参数表安装点额定电压（kV）设备型号持续运行电压（kV）最大雷击残压（kV）陡坡冲击残压（kV）最大操作冲击残压（kV）110kV侧110Y10W5-108/2087328131423935kV侧35Y5W5-51/13423.45115411410kV侧10Y5WZ1-17/4513.61751.838.36.3主变防雷保护1）低压绕组开路运行时，当变压器高中压侧有雷电波时，将会在低压侧绕组感应静电藕合电压，危及低压绕组绝缘，故在低压侧出线回路装设FZ10阀型避雷器，一般装在相。2）变压器110kV侧中性点为分级绝缘结构，可能不接地运行，故在110kV侧中性点安装1台FZ40型阀型避雷器。3）变压器35kV侧中性点为全绝缘结构，但为保护消弧线圈，在10kV侧中性点装FZ15及FZ10两台避雷器。6.4变电站接地保护防雷与接地系统共用接地母线，根据建筑电气设计规范，在任何季节测量接地阻值均要求小于1欧姆，不满足要求时增加接地极。人工接地极采用角钢L50x5，L=2500mm，间距5.0米；接地体为-40X4热镀锌扁铁，埋深为0.8米。人工接地体与建筑物外墙或基础之间的水平距离不宜小于1m。接地极与接地母线采用搭接焊，搭接长度为扁钢宽度的两倍(三面焊)，焊接处应做防腐处理。各电气设备外壳均应可靠接入接地网，110kV进线的架空地线引下线应接入本接地网。第七章 总结本次110kV终端变变电站的电气设计，从原始资料的收集到分析和计算，再到最终的设计成果完全按照相关设计规范进行。本次设计步骤如下：首先进行负荷计算，选定主变，进行主接线电气设计，然后进行短路电流计算选择出合适的电气设备，最后进行防雷接地的设计。本次设计，检验了大学所学知识，同时使各种杂乱的知识要点融会贯通，使我受益良多。在设计过程中我认真学习国家的相关规范，遇到难题毫不退缩，碰到实在解决不了的也通过老师的耐心指导得以解决。通过这次设计