110kv变电站初步设计

1、郑州电力职业技术学院毕业设计 题目：110KV变电站初步设计系 别 电力工程系 专 业 供用电技术 班 级 10级供电一班 学 号 姓 名 李 森 论文成绩指导教师答辩成绩主答辩教师综合成绩答辩委员会主任 目 录摘要 4绪论 5第一章 变电站的分析与设计 71.1 变电站的发展形势 71.2 变电设计目的及意义 71.3 设计变电站简介 71.3.1 变电站主变压器的选择 71.3.2 变电站主要技术特点 8第二章 主变电器的选择及主接线选择 92.1 主变压器的选择 92.1.1 主变容量和台数选择计算 92.1.2 主变压器的冷却方式 112.2 主接线设计选择 122.2.1 主接线的设

2、计原则 122.2.2 主线方案的确定 14第三章 变压器的保护 183.1 变压器保护重要性 183.2 主变压器的故障类型和不正常运行状态 183.3 变压器保护配置原则 19 结论 22致谢 23参考文献 24 摘要本次设计任务旨在体现对本专业各科知识的掌握程度，同时检验本专业的学习结果。首先根据任务书上所给系统与线路及所有负荷的参数，分析负荷发展趋势。从负荷增长方面阐明了建站的必要性，然后通过对拟建变电站的概括以及出线方向来考虑，并通过对负荷资料的分析，安全，经济及可靠性方面考虑，确定了500kv以及站用电的主接线，然后又通过负荷计算及供电范围确定了主变压器台数，容量及型号，同时也确定

3、了站用变压器的容量及型号，最后，根据最大持续工作电流及短路计算的计算结果，做出线路保护，变压器保护，母线保护，防雷保护。 关键词：电力系统 短路电流 继电保护 绪论电力工业是国民经济的一项基础工业和国民经济发展的先行工业，它是一种将煤、石油、天然气、水能、核能、风能等一次能源转换成电能这个二次能源的工业，它为国民经济的其他各部门快速、稳定发展提供足够的动力，其发展水平是反映国家经济发展水平的重要标志。由于电能在工业及国民经济的重要性，电能的输送和分配是电能应用于这些领域不可缺少的组成部分。所以输送和分配电能是十分重要的一环。变电站使电厂或上级电站经过调整后的电能书送给下级负荷，是电能输送的核心

4、部分。其功能运行情况、容量大小直接影响下级负荷的供电，进而影响工业生产及生活用电。若变电站系统中某一环节发生故障，系统保护环节将动作。可能造成停电等事故，给生产生活带来很大不利。因此，变电站在整个电力系统中对于保护供电的可靠性、灵敏性等指标十分重要。变电站是联系发电厂和用户的中间环节，起着变换和分配电能的作用。这就要求变电所的一次部分经济合理，二次部分安全可靠，只有这样变电所才能正常的运行工作，为国民经济服务。变电站是汇集电源、升降电压和分配电力场所，是联系发电厂和用户的中间环节。变电站有升压变电站和降压变电站两大类。这里所设计得就是110KV降压变电站。它通常有高压配电室、变压器室、低压配电

5、室等组成。变电站内的高压配电室、变压器室、低压配电室等都装设有各种保护装置，这些保护装置是根据下级负荷地短路、最大负荷等情况来整定配置的，因此，在发生类似故障是可根据具体情况由系统自动做出判断应跳闸保护，并且，现在的跳闸保护整定时间已经很短，在故障解除后，系统内的自动重合闸装置会迅速和闸恢复供电。这对于保护下级各负荷是十分有利的。这样不仅保护了各负荷设备的安全利于延长是使用寿命，降低设备投资，而且提高了供电的可靠性，这对于提高工农业生产效率是十分有效的。变电站的设计是工业效率提高及国民经济发展的必然条件。具体要求如下：本电力系统应包括变电，配电以及相应的通信、安全自动、继电保护、调度自动化等设

6、施。在国家发展计划的统筹规划下，合理的开发资源，用最少的资金为国民经济各部门及人民生活提供充足、可靠、合格的电能。本次设计的变电站为110KV变电站，其下级负荷为35KV级乡镇企业、农业和10KV级工业及其它负荷。这些负荷不仅包括水泥厂、开关厂等工业部门，也有政府、市区等非工业部门。他们对供电的要求不同。依照先行的原则，依据远期负荷发展本设计该变电所，本变电站主要任务是把110KV变成35kV和10kV电压供周边城乡使用。尤其对本地区大用户进行供电，改善提高供电水平，提高了本地供电质量和可靠性。 第一章 变电站的分析与设计1.1变电站的发展形式自1974年建成了第一条330KV输电线路，由甘肃

7、刘家峡水电站厂陕西关中地区开始，变电站发展迅速。1952年配合官厅水电站建设110KV京官线，逐步形成京津唐110KV输电网；超高压变电站的建设成功，使国内各省电网形成网，华北、东北、华中、南方等电网都已建成500KV大容量输电线路跨省联络线，并逐步形成跨大区域互联网的骨干网络。正在建设中的西北750KV的输电工程，标志着我国输电网输电电压等级由目前最高的500KV即将升级为450KV，实现历史性的跨越。在日趋建设的超高压变电站中，超高压等级500KV的变电站占有重要的位置。1.2变电站设计目的及意义本次毕业设计是以110KV群林输变电工程初步设计审核意见和电业局提供的负荷资料及相关要求为设计

8、依据，以加强电网的网架结构，提供该地区的供电质量、减少电能损失，满足该地区负荷增长的需要为目的开发设计的110KV超高压变电站，变电站在设计基础上，力求更加实用化。作为枢纽位置的变电站，具有高度可靠性和灵活性的主接线，将保证110KV电网的安全运行，满足各类重要负荷。1.3设计变电站简介 1.3.1变电站主变压器的选择变压器是变电站最重要的一次设备，其主要功能是进行功率传输和分配。110KV的主变压器，主要是进行110KV、35KV基本不带有功负荷，只接站用变压器和无功补偿装置。 变压器的形式和参数不仅直接影响变电站布置、设备选择、设备安装和工程投资，也关系到变电站乃至电网的安全运行。在进行变

9、压器选择时应对其结构形式、技术参数、性能指标等进行认真分析。需要注意的是，变压器的选择除了要满足电力系统的要求外，还要考虑变压器制造以及配套设备的可行性。如果不了解变压器的参数和相关设备的参数，提出的变压器的技术参数过于苛刻，就会增大变压器的制造难度，不仅投资增加，还有可能降低变压器的可靠性，反而给电网的安全运行带来隐患。 1.3.2变电站主要技术特点 序号 项目名称 技术特点 1 电气接线 110KV：双母线分段接线 35KV：单母线分段接线 10KV：单母线分段接线 2 短路电流 110KV：12.3KA 35KV：8.7KA 10KV：33KA3 主要设备 主变压器：三相，油浸式，无励磁

10、调压，自耦变压器 选型 110KV：SF6双段口瓷柱式断路器 35KV：SF6单段口瓷柱式断路器 10KV：SF6瓷柱式断路器4 配电装置 110KV：线中型分相断路器三列式布置 型式 35KV：采用支持型母管 10KV：采用支持管母线中型布置，母线与主变压器平行或垂直布置，分支回路断路器配置在母线侧5 电气二次 变电站设置计算机监控系统，保护设备分散布置在各继电保 护小室 表1-1第二章 主变压器的选择及主接线选择2.1 主变压器的选择2.1.1 主变容量和台数选择计算（1）35KV中压侧：其出线回路数为4回，,结合“1. 2变电站的负荷分析”35kv负荷情况分析表11知： 27.048MV

11、A（2）10KV低压侧：由于其出线回路数共11回，故可取Kt=0.85,结合10kv负荷情况分析可知： 0.851.05（0.851.05（886.156.156.44.8+5+6+6+4.615+4.615）58.664MVA则三绕组变压器的计算容量：因此，选择两台50MVA的变压器。校验：（1）（2-1）满足一台停运时另一台不小于全部容量的60。 31.8MVA（2）（2-1）也满足一台停运时另一台满足全部一、二类负荷。综上所述，最终确定为SFSZ750000/500型变压器。2.1.2主变压器的冷却方式根据主变压器的型号有：自然风冷式、强迫油循环风冷式、强迫油循环水冷式、强迫导向油循环式

12、等。然而自然风冷却适用于7.5MVA以下小容量变压器。容量大于10MVA的变压器采用人工风冷。从经济上考虑，结合本站选用50MVA的变压器，应选用强迫空气冷却。型号额定容量（KVA）额定电压（KV）连接组别阻抗电压（%）空载电流（%）损耗（KW）高压中压低压高低高中中低空载负载SFSZ7-50000/5005000050081.25%38.522.5%10.5YN yn0 d111810.56.51.371.2250=11 =-0.5=7 （记为0） 表3-1 SFSZ7-50000/500系列电力变压器主要技术参数2.2 主接线设计选择2.2.1 主接线的设计原则变电所的主接线是电力系统按接

13、线组成中的一个重要组成部分，主接线的确定对电力系统的安全、稳定、灵活、经济运用以及变电所电气设备的选择，配电装置的布置，继电保护和控制方法的拟订将会产生直接影响。电气主接线是由高压电器通过主接线，按其功能要求组成接受和分配电能的电路，组成为传输强电流、高电压的网络，故又称为一次接线或电气主系统。主接线代表了发电厂或变电所电气部分主体结构，是电力系统的重要组成部分。它直接影响运行的可靠性、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、经济论证比较后方可确定。安全可靠是电力生产的首要任务，保证

14、供电可靠是电气主接线最基本的要求。停电不仅使发电厂造成损失，而且对国民经济各部门带来的损失将更加严重，往往比少发电能的价值大几十倍，至于导致人身伤亡、设备损坏、产品报废、城市生活混乱等经济损失和政治影响，更是难以估量。因此，主接线的接线形式必须保证供电可靠。因事故被迫中断供电的机会越少，影响范围越小，停电时间越短，主接线的可靠程度就越高。电气主接线应能适应各种运行状态，并能灵活地进行运行方式的转换。不仅正常运行时能安全可靠地供电，而且在系统故障或电气设备检修及故障时，也能适应调度的要求，并能灵活、简便、迅速地转换运行方式，使停电时间最短，影响范围最小。因此，电气主接线必须满足调度灵活、操作方便

15、的基本要求，既能灵活地投、切某些机组、变压器或线路，调配电源和负荷，又能满足系统在事故、检修及特殊运行方式下的调度要求，不致过多地影响对用户的供电和破坏系统的稳定运行，即具有灵活性。在设计主接线时，主要矛盾往往发生在可靠性与经济性之间。欲使主接线可靠、灵活，必然要选用高质量的设备和现化的自动装置，从而导致投资费用的增加。因此，主接线的设计应在满足可靠性和灵活性的前提下做到经济合理。一般应当从以下几方面考虑：（1）投资省 主接线应简单清晰，以节省开关电器数量，降低投资；要适当采用限制短路电流的措施，以便选用价廉的电器或轻型电器；二次控制与保护方式不应过于复杂，以利于和节约二次设备及电缆的投资。（

16、2）占地面积少 主接线设计要为配电布置创造节约土地的条件，尽可能使占地面积减少。同时应注意节约搬迁费用、安装费用和外汇费用。对大容量发电厂或变电所，在可能和允许条件下，应采取一次设计，分期投资、投建，尽快发挥经济效益。（3）电能损耗少 在发电厂或变电所中，正常运行时，电能损耗主要来自变压器，应经济合理地选择变压器的型式、容量、和台数，尽量避免两次变压而增加电能损耗。2.2.2 主线方案的确定主接线是根据发电厂或变电所的设计任务书，原始资料以及设计要求和原则来进行设计的，在保证满足技术要求条件下，力求经济性。现初步选择两个方案进行可靠性、灵活性及经济性比较，确定出最佳主接线法案。方案1：电气主接

17、线采用双母线双分段带旁路接线方案2：电气主接线采用32断路器主接线可靠性比较：500KV超高压变电站进出线为8回，为了限制设备故障影响范围，在双母线接线中采用双母线双分段带旁路母线，将各元件分别接在各段母线上;对32断路器接线则采用两个断路器控制一个元件的多环形接线。两种电气主接线自身设备的故障停电范围比较，分别见表3-2，表3-3。 运行情况 故障分类 停电元件数 停电百分比（%） 无设备检修 出线断路器（或母线） 2 25 故障 母联或分段断路器故障 4 50有一台断路 出线断路器（或母线） 13 12.537.5器检修 故障 母线或分段断路器故障 35 38.562.5一组母线 出线断路

18、器（或母线） 23 2537.5 检修 故障 母联或分段断路器故障 46 5075 表3-2双母线双分段带旁路母线接线故障停电范围 运行情况 故障类别 停电元件数 停电百分比（%） 无设备检修 母线侧断路器故障 1 12.5 母线故障 0 0 中间断路器故障 2 25有一台段路 母线侧断路器故障 12 12.525器检修 母线故障 01 012.5 中间断路器故障 2 25 母线故障 0 0 中间断路器故障 2 25 表3-3 32断路器接线故障停电范围比较表3-2、表3-3可以看出，32断路器接线无论是在无设备检修方式下，还是在检修与故障重叠方式下，停电元件最多只有两个；当母线故障时没有元件

19、停电。而双母线双分段接线在无设备检修方式下，出线断路器故障或双母线故障时有两个元件停电；当母联或分段断路器故障时，停电元件为4个，停电元件站50%；在检修与事故相重叠方式下，停电元件占75%。由此可见，32断路器接线能将各种设备自身故障引起的停电元件限制在最小范围内，从而提高整个电力系统运行的安全可靠性，所以方案2优与方案1。经济性比较：从设备投资分析，在8个元件时两种主接线是一样的；当元件总数达10个，双母线双分段加专用旁路母线断路器时，两种主接线也是一样的。当元件多于10个时，32断路器接线投资大；元件少于6个时，双母线双分段带旁路接线投资大。从占地面积分析，32断路器接线采用常规的三列式

20、布置方式比双母线双分段带旁路接线节省占地面积40%，若采用其他布置方式时（如单列式等），两种主接线是一样的。 综合上述比较可以看出，32断路器接线在最严重的故障方式下，停电元件最多为两个，当一组母线发生故障时，没有元件停电，即使是在一组母线检修，另一种母线故障的情况下，也没有元件停电，隔离开关操作简单，调度运行灵活。在投资方面，在元件数在610时，与双母线双分段带旁路接线相比是经济的；当元件多于10个，32断路器接线投资增大，但是与一段造成系统重大事故的经济损失相比，也是合适的。所以本设计500KV超高压变电站应选用方案2。第三章 主变压器保护3.1.变压器保护重要性变压器是电力系统中大量使用

21、的重要电 气设备，它的安全运行是电力系统可靠工作的必要条件。电力变压器有别于发电机，它无旋转部件，是一种静止的电气设备，结构比较简单，运行可靠性较高，发生故障的机会相对较少。但是，变压器是连续运行的，停电机会很少，而且绝大部分安装在室外，受自然环境影响较大。另外，变压器时刻受到外接负荷的影响，特别是受电力系统短路故障的威胁较大。因此，电力变压器在运行中，仍然有可能发生各种类型的故障或出现不正常工作状态。它的故障对电力系统的安全连续运行会带来严重的影响。特别是大容量变压器的损坏，对系统的影响更为严重。因此，考虑到变压器在电力系统中的重要地位及故障和不正常工作状态可能造成的严重后果，必须根据电力变

22、压器容量和重要程度装设相应的继电保护装置。3.2.变压器的故障类型和不正常运行状态（1）变压器故障类型变压器的故障可分为油箱外和油箱内两种故障。油箱外的故障主要是套管和引出线上发生相间短路及接地短路。油箱内的故障包括绕组间相间短路、接地短路、匝间短路及铁芯的烧损等。油箱内故障时产生的电弧，不仅会损坏铁芯的绝缘、烧毁贴心，而且由于绝缘材料和变压器油因受热分解而产生大量的气体，有可能引起变压器油箱爆炸。对于变压器发生的各种故障，保护装置应尽快的将变压器切除。实践表明，变压器套管和引出线上的相间短路、接地短路、绕组的匝间短路是比较常见的故障形式；而油箱内发生短路的情况比较少。（2）变压器不正常工作状

23、态变压器的不正常工作状态主要有：油箱外部短路引起的过电流，负荷长时间超过额定容量引起的过负荷，风扇故障或漏油等原因引起冷却能力的下降等。这些不正常运行状态会使绕组和铁芯过热。此外，对于中性点不接地运行的星形接线变压器，外部接地短路时有可能造成变压器中性点过电压，威胁变压器的绝缘；大容量变压器在过电压或低频率等异常运行工况下会使变压器过励磁，引起铁芯和其它金属构件的过热。变压器处于不正常运行状态时，继电保护应根据其严重程度，发出报警信号，使运行人员及时发现并采取相应的措施，以确保变压器的安全。变压器油箱内故障时，除了变压器各侧电流、电压变化外，油箱内的油、气、温度等非电量也会发生变化。因此，变压

24、器保护分电量保护和非电量保护两种。非电量保护装设在变压器内部。线路保护中采用的许多保护如过电流保护、纵差动保护等在变压器的电量保护中都有应用，但在配置上有区别。3.3 变压器保护配置原则1.反应变压器油箱内部故障和油面降低的瓦斯保护容量为800kVA及以上的油浸式变压器，均应装设瓦斯保护。当油箱内部故障产生轻微瓦斯或油面下降时，保护装置应瞬时动作于信号；当产生大量瓦斯时，瓦斯保护宜动作于断开变压器各电源侧断路器。对于高压侧未装设断路器的线路变压器组，在采取瓦斯保护切除变压器内部故障时，瓦斯保护可仅动作于信号。对于容量为400kVA及以上的车间内油浸式变压器，也应装设瓦斯保护。2.相间短路保护反

25、应变压器绕组和引出线的相间短路的纵联差动保护或电流速断保护，对其中性点直接接地侧绕组和引出线的接地短路以及绕组匝间短路也能起保护作用。容量为6300kVA以下并列运行的变压器以及10000kVA以下单独运行的变压器，当后备保护时限大于0.5s时，应装设电流速断保护。容量为6300kVA及以上、厂用工作变压器和并列运行的变压器、10000kVA及以上厂用备用变压器和单独运行的变压器、以及2000kVA及以上用电流速断保护灵敏性不符合要求的变压器，应装设纵联差动保护。对高压侧电压为330kV及以上的变压器，可装设双重差动保护。对于发电机变压器组，当发电机与变压器之间有断路器时，变压器应装设单独的纵

26、联差动保护。当发电机与断路器之间没有断路器时，100MW及以下的发电机，可只装设发电机变压器组共用的纵联差动保护。100MW以上的发电机，除发电机变压器组共用纵联差动保护外，发电机还应装设单独的纵联差动保护。对于200MW及以上的汽轮发电机，为提高快速性，在机端还宜增设复合电流速断保护，或在变压器上增设单独的纵联差动保护，即采用双重快速保护方式。如果变压器的纵联差动保护对单相接地保护灵敏性不符合要求，可增设零序差动保护。3.后备保护对于由外部相间短路引起的变压器过电流，可采用下列保护作为后备保护。(1)过电流保护。宜用于降压变压器，保护装置的整定值应考虑事故时可能出现的过负荷。(2)复合电压（

27、包括负序电压及线电压）起动的过电流保护。宜用于升压变压器和系统联络变压器及过电流保护不符合灵敏性要求的降压变压器。(3) 负序电流保护和单相式低电压启动的过电流保护。可用于63000kVA及以上的升压变压器。(4)对于升压变压器和系统联络变压器，当采用上述、保护不能满足灵敏性和选择性要求时，可采用阻抗保护。上述各项保护动作后，应带时限动作于跳闸。4.中性点直接接地电网中的变压器外部接地短路时的零序电流保护110kV及以上中性点直接接地电网中，如果变压器中性点可能接地运行，对于两侧或三侧电源的升压变压器或降压变压器上应装设零序电流保护。作为变压器主保护的后备保护，并作为相邻元件的后备保护。 5.

28、过负荷保护对于400kVA及以上的变压器，当数台并列运行或单独运行并作为其他负荷的备用电源时，应根据可能过负荷的情况装设过负荷保护。对自耦变压器和多绕组变压器，保护装置应能反应公共绕组及各侧过负荷的情况。过负荷保护应接于一相电流上，带时限动作于信号。在无经常值班人员的变电所，必要时过负荷保护可动作于跳闸或断开部分负荷。 6.过激磁保护为降低材料消耗，现代大型变压器铁芯一般都用新型电工硅钢片制成，其额定磁密近于饱和磁密，过电压或低频率时容易引起过激磁，因此500kVA及以上的大容量变压器宜装设过激磁保护。结论本次变电站设计主要是电气二次部分，它主要包括变电站总体分析，主接线选择，主变选择，变压器

29、保护等。随着经济的发展，工业水平的进步，人们生活水平不断的提高，电力系统在整个行业中所占比例逐渐趋大。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。电力系统是国民经济的重要能源部门，而变电站的设计是电力工业建设中必不可少的一个项目。由于变电站的设计内容多，范围广，逻辑性强，不同电压等级，不同类型，不同性质负荷的变电站设计时所侧重的方面是不一样的。设计过程中要针对变电站的规模和形式，具体问题具体分析。变电站是电力系统中变换电压、接受和分配电能、控制电力的流向和调整电压的电力设施，它通过其变压器将各级电压的电网联系起来。我国电力系统的变电站大致分为四大类：升压变电站，主网变电站，

30、二次变电站，配电站。我国电力工业的技术水平和管理水平正在逐步提高，对变电所的设计提出了更高的要求，更需要我们提高知识理解应用水平，认真对待。从我国目前部分地区用电发展趋势来看，新建变电站应充分体现出安全性、可靠性、经济性和先进性。变电站设计的内容力求概念清楚，层次分明，结合自己设计的原始资料，参考变电站电气设计工程规范，现将自己查阅文献的工作归述为：通过查阅馆藏书籍，课本和网络资源，了解电力工业的有关政策，技术规程等方面知识，理清自己的设计思路，从而为自己的设计提供有力的依据。本次毕业设计将是对我三年来学习的一次综合测试。通过这次设计实践工作，会使我巩固了所学知识，掌握变电所初步设计的过程。这将是对所学知识进行的一次实践，使电气专业知识得到巩固和加