110KV变电站设计

1、电力系统课程设计书（28）题目：110kv降压变电站设计设计时间： 原始资料建设性质及规模为满足某铁矿生产及矿区生活用电，拟新建一座电压等级为110/10kv降压变电站。线路回数：110kv现有2回，发展2回；10kv现有10回，发展2回所址条件新建变电站位于铁矿区中心，所区海拔200m，为非地震多发区。最高气温+39，最低气温-18，最热月平均最高气温为+30。负荷资料电压等级负荷名称穿越功率(mw)最大负荷(mw)负荷组成(mw)功率因数 同时率(%)线损率(%)近期远景近期远景一级二级三级110kv铁钢线35铁区线35发展线16发展线2100.7210kv露天矿1露天矿21.221560

2、0.8855甲矿井1甲矿井21.224040乙矿井1乙矿井21.223050水泵站1水泵站20.50.82060生活区0.51农业用电0.81.8发展线11.52060发展线21.52060注：表中功率因数栏内值为负荷处最低值，本所低压侧功率因数应补偿到0.9以上。电力系统接线简图待建变电站23km18km110kv变电所a变电所b区域变电所110kv12km15km20km5kms=2360mvaxs=0.098110kv110kv注：1）图中系统容量、系统阻抗均相当于最大运行方式；2）系统可保证本变电站110kv母线电压波动在5%以内；二、设计任务变电站总体分析，选择变压器的台数、容量、型

3、号、参数。电气主接线设计。计算短路电流，选择电气设备。三、成品要求电力系统课程设计书（附计算书、电气主接线图）1份附：1、要求选择的电器设备包括：（1）110kv配电装置中的主母线、高压断路器、高压隔离开关、电压互感器、电流互感器等；（2）10kv配电装置中的主母线、高压断路器、高压隔离开关、电压互感器、电流互感器、高压熔断器、导线等；2、参考资料：（1）电力系统分析，吴俊勇等主编，北京，清华大学出版社，2014，isbn：978-7-302-36660-7（2）发电厂电气部分，姚春球主编，北京，中国电力出版社，2013，isbn: 978-7-5123-4102-9。 （3）电力工程电气设备

4、手册，弋东方主编 ;电力工业部西北电力设计院 ;1998，isbn: 7-80125-507-0 摘要本文主要进行110kv变电站设计。首先根据任务书上所给系统及线路和所有负荷的参数，通过对所建变电站及出线的考虑和对负荷资料分析，满足安全性、经济性及可靠性的要求确定了110kv、10kv侧主接线的形式，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，从而得出各元件的参数，进行等值网络化简，然后选择短路点进行短路计算，根据短路电流计算结果及最大持续工作电流，选择并校验电气设备，包括母线、断路器、隔离开关、电压互感器、电流互感器等。本文同时对防雷接地及补偿装置进行了简单的分析，最后进

5、行了电气主接线图的绘制。关键词：变电站设计，变压器，电气主接线，设备选择目录摘要3设计书4一、变电站整体分析61、基本情况62、所址条件63、设计内容7二、 电气主接线设计71、对电气主接线的基本要求72、变电站电气主接线的设计原则83、接线方式84、主接线设计方案确定8三、 主变压器的选择91、主变压器台数的选择92、主变压器容量的选择10四 、短路电流计算111、短路电流的危害112、计算短路电流的目的113、计算过程：124、不同短路点的短路参数12五、 电气设备的选择121、长期工作电流和热效应的计算132 母线的选择和校验133、 断路器和隔离开关的选择及校验154、 电流互感器的选

6、择175、电压互感器的选择186、低压侧限流熔断器的选择和校验：187、防雷与保护188、功率因数补偿20计算书21一、主变压器的容量的计算221、10kv侧最大综合计算负荷的计算222、10kv侧按一、二类负荷计算22二、短路计算22三、电气设备计算241、长期发热电流和短路电流热效应计算242、母线选择及校验253、断路器的选择和校验274、隔离开关的选择与校验285、无功功率的补偿计算30参考文献31结束语32附图：变电所电气主接线图33设计书一、变电站整体分析1、基本情况为了满足某铁矿生产及矿区生活用电，拟新建一座电压等级为110/10kv降压变电站。线路回数：110kv现有2回，发展

7、2回；10kv现有10回，发展2回作为新建站，除了能够满足用电的需求和基本条件外，还必须考虑到自身的建站经济性、调度灵活性和可靠性，并易于扩建和升级该进程危机综合自动化。2、所址条件新建变电站位于铁矿区中心，所区海拔200m，为非地震多发区。最高气温+39，最低气温-18，最热月平均最高气温为+30。3、设计内容本设计针对变电站设计包括了电气一次部分。电气一次部分主要包括变电站总体分析、负荷分析计算与主变压器选择、电气主接线设计、短路电流计算及电气设备选择、配电装置及电气总平面布置设计、防雷保护设计。二、 电气主接线设计发电厂和变电所的电气主接线是指由发动机、变压器、断路器、隔离开关、互感器、

8、母线和电缆等电气设备，按一定顺序连接的，用以表示生产、汇集和分配电能的电路，电气主接线又称为一次接线或电气主系统，代表了发电厂和变电站电气部分的主体结构，直接影响着配电装置的布置、继电保护装置、自动装置和控制方式的选择，对运行的可靠性、灵活性和经济性起决定性的作用。1、对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，各个发电厂、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一下基本要求。（1）运行的可靠（2）具有一定的灵活性（3）操作应尽可能简单、方便

9、（4）经济上合理（5）具有扩建的可能性变电站电气主接线的选择，主要取决于变电站在电力系统中的地位、环境、负荷的性质、出线数目的多少、电网的结构等。2、变电站电气主接线的设计原则电气主接线的基本原则是以设计任务书为依据，以国家经济建设的方针、政策、技术规定、标准为准绳，结合工程实际情况，在保证供电可靠、调度灵活、满足各项技术要求的前提下，兼顾运行和维护的方便，尽可能地节省投资，就进取材，力争设备元件和设计的先进性与可靠性，坚持可靠、先进、适用、经济、美观的原则。3、接线方式对于变电站的电气接线，当能满足运行要求时，其高压侧应尽可能采用断路器较少的或不用断路器的接线，如线路变压器组或桥型接线等。若

10、能满足继电保护要求时，也可采用线路分支接线。在110220kv配电装置中，当出线为2回时，一般采用桥型接线，当出线不超过4回时，一般采用单母线接线，在枢纽变电站中，当110220kv出线在4回及以上时，一般采用双母线接线。4、主接线设计方案确定方案比较如表所示：方案一方案二方案三接线名称单母线单母分段单母分段带旁母可靠性简单，方便，但是不能进行倒闸操作，可靠性差简单清晰、设备少、设备本身故障小。线路断路器检修故障时，该线路停电；任意母线或者母线隔离开关检修时，仅停故障段。可靠性高，当接线复杂，无论检修母线或者设备均可使线路不停电。当母线断路器检修，两段母线不分列运行。灵活性不够灵活。 可以提高

11、供电的灵活性，对重要用户可以从不同段引出馈线线路，有两个电源供电。运行复杂，但是灵活性高。各个电源和负荷可以任意分配到某一母线上可组成多种运行方式。经济性投资少、年费用小、占地面积小投资少、年费用小、占地面积小投资高，年费用大，占地面积大经过技术经济综合比较后，本设计110kv有2回进线，远景发展2回进线，进线总数少，可以采用单母线分段接线方式。10kv近期12回 远景发展2回，出线回数较多，也宜采用单母分段接线形式。三、 主变压器的选择1、主变压器台数的选择在变电站设计过程中，一般需要装设两台主变压器，防止其中一台出现故障或检修时中断对用户的供电。对110kv及以下的终端或分支变电站，如果只

12、有一个电源，或变电所的重要负荷有中、低压侧电网取得备用电源时，可只装设一台主变压器，对大型超高压枢纽变电站，可根据具体情况装设24台主变压器，以便减小单台容量。因此，在本次设计中装设两台主变压器。2、主变压器容量的选择主变容量一般按变电所建成后510年的规划负荷来进行选择，并适当考虑远期1020年的负荷发展。对于城郊变电所，主变压器容量应与城市规划相结合。根据变电所所带负荷的性质和电网结构来确定主变的容量。对于有重要负荷的变电所，应考虑当一台主变压器停运时，其余主变压器的容量一般应满足60%（220kv及以上电压等级的变电所应满足70%）的全部最大综合计算负荷，以及满足全部i类负荷 和大部分i

13、i类负荷 (220kv及以上电压等级的变电所，在计及过负荷能力后的允许时间内，应满足全部i类负荷 和ii类负荷 )，即最大综合计算负荷的计算： 式中， 各出线的远景最大负荷； m 出线回路数； cos各出线的自然功率因数； k同时系数，其大小由出线回路数决定，出线回路数越多其值越小，一般在0.80.95之间； %线损率，取5%。根据变压器容量计算结果，变压器的容量应为16mva，查表可知可采用sf10-16000kva/110kv/型号变压器，其参数如下表所示：高压（kv）低压(kv)联结组空载损耗(kw)负载损耗(kw)空载电流（%）阻抗电压sf10-16000kva/110kv11010y

14、nd1116730.510.5%四 、短路电流计算1、短路电流的危害通过故障点的短路电流和所燃起的电弧，使故障元件损坏。短路电流通过非故障元件，由于发热和电动力的作用，引起他们的损坏或缩短他们的使用寿命。电力系统中部分地区的电压大大降低，破坏用户工作的稳定性或影响工厂产品质量。破坏电力系统并列运行的稳定性，引起系统震荡，甚至整个系统瓦解。2、计算短路电流的目的在变电站的设计中，短路计算是其中的一个重要环节，其计算的目的主要有以下几个方面：电气主接线的比较；选择、检验导体和设备；在设计屋外髙型配电装置时，需要按短路条件校验软导线的相间和相对的安全距离；在选择继电保护方式和进行整定计算时，需以各种

15、短路时的短路电流为依据。3、计算过程：在三相系统中，可能发生三相短路、两相短路、单相短路和两相接地短路。电力系统中，发生单相短路的可能性最大，而发生三相短路的可能性最小，但一般三相短路的短路电流最大，造成的危害也最严重。为了使电力系统中的电气设备在最严重的短路状态下也能可靠工作，因此作为选择检验电气设备的短路计算中，以三相短路计算为主。三相短路用文字符号k表示。在计算电路图上，将短路所考虑的额定参数都表示出来，并将各元件依次编号，然后确定短路计算点，短路计算点要选择得使需要进行短路校验的电气元件有最大可能的短路电流通过。在等效电路图上，只需将被计算的短路电流所流经的一些主要元件表示出来，由于将

16、电力系统当做有限大容量电源，短路电路也比较简单，因此一般只需采用阻抗串并联的方法即可将电路化简，求出求等效总阻抗，在换算成计算电抗，根据计算曲线查出短路电流标幺值，在换算成有名值。4、不同短路点的短路参数根据计算书中的内容制成如下不同短路点短路电流表：短路点短路电流冲击电流最大有效值短路功率高压侧8.626ka21.958ka13.111ka1721.4mva低压侧1.301ka3.311ka1.978ka297.1mva五、 电气设备的选择1、长期工作电流和热效应的计算详细内容见计算书，结果如下表所示：故障点最大工作电流热效应高压侧293.729a83.724(ka.ka).s低压侧141.

17、74a2.067(ka.ka)s在电力系统中，虽然各种电气设备的功能不同，工作条件各异，具体选择方法和校验项目也不尽相同，但对它们的基本要求却是一致的。电气设备要可靠地工作，必须按正常工作条件进行选择，并按短路条件来校验动、热稳定性。本设计中，电气设备的选择包括：导线的选择，高压断路器和隔离开关的选择，电流、电压互感器的选择，避雷器的选择。2 母线的选择和校验裸导体应根据具体情况，按导体截面，电晕（对110kv及以上电压的母线），动稳定性和机械强度，热稳定性来选择和校验，同时也应注意环境条件，如温度、日照、海拔等。一般来说，母线系统包括截面导体和支撑绝缘两部分，载流导体构成硬母线和软母线，软母

18、线是钢芯铝绞线，有单根、双分和组合导体等形式，因其机械强度决定支撑悬挂的绝缘子，所以不必校验其机械强度。（1）、导体的选择校验条件如下：当实际环境温度不同于导体的额定环境温度时，其长期允许电流应该 下式修正： 综合修正系数。不计日照时，裸导体和电缆的综合修正系数为导体的长期发热最高允许温度，裸导体一般为；导体的额定环境温度，裸导体一般为。 由载流量可得，正常运行时导体温度为必须小于导体的长期发热最高允许温度（2）、按经济电流密度选择按经济电流密度选择导体截面可以使年计算费用最小。除配电装置的汇流母线外，对于年负荷利用小时数大，传输容量大，长度在20米以上的导体，其截面一般按经济电流密度选择。

19、经济截面积用下式计算： 式中， 正常运行方式下导体的最大持续工作电流，计算式不考虑过负荷和事故时转移过来的负荷；经济电流密度，常用导体的值，可根据最大负荷利用时数，由经济电流密度曲线中查出来。按经济电流密度选择的导体截面应尽量接近上式计算出的经济截面积。（3）、导体的校验：a、电晕电压校验220kv采用了不小于lgj-300或110kv采用了不小于lgj-70钢芯铝绞线，或220kv采用了外径不小于30型或110kv采用了外径不小于20型的管形导体时，可不进行电晕电压校验。b、热稳定校验 按最小截面积进行校验当所选导体截面积时，即满足热稳定性要求。根据计算书中的计算结果，母线选择结果如下：型号

20、30摄氏度时载流量高压侧母线单条504mm矩形铝导体586a低压侧母线单条208mm矩形铝导体202a3、 断路器和隔离开关的选择及校验高压断路器的选择，除满足各项技术条件和环境条件外，还应考虑到要便于安装调试和运行维护，并且经过经济技术方面都比较厚才能确定。根据目前我国高压断路器的生产情况，电压等级在10kv220kv的电网一般选用少油断路器，而当少油断路器不能满足要求时，可以选用断路器。高压断路器选择的技术条件如下：额定电压选择： 额定电流选择： 额定开断电流选择： 额定关合电流选择： 热稳定校验： 动稳定校验： 隔离开关的选择，由于隔离开关没有灭弧装置，不能用来开断和接通负荷电流及短路电

21、流，故没有开断电流和关合电流的校验，隔离开关的额定电压、额定电流选择和热稳定、动稳定校验项目与断路器相同。根据计算书中的计算结果在手册中可以查的，断路器和隔离开关的选择如下图所示：型号额定电压/kv额定电流/a额定开断电流/ka动稳定电流/ka热稳定电流/ka固有分闸时间/s高压侧断路器sw6110/1200110120031.58031.5（4s）0.04低压侧断路器sn1o10/63010630164016(2s)0.05型号额定电压/kv额定电流/a动稳定电流/ka热稳定电流/ka4s低压侧隔离开关gn10/600-52106005220高压侧隔离开关gw5110/63011063050

22、204、 电流互感器的选择（1）额定电压的选择：电流互感器的额定电压不得低于其安装回路的电网额定电压，即 （2）额定电流的选择：电流互感器的额定电流不得低于其所在回路的最大持续工作电流，即，为了保证电流互感器的准确级，应尽可能接近。电流互感器要校验最大工作电压、最大工作电流、热稳定性和动稳定性。其中持续最大工作电流亚考虑到远景规划的负载，计算方法和断路器个隔离开关的计算方法类似，选择结果如下：110kv侧电流互感器选择为lcwd2-110，其额定电流之比（250）（2600）/5，级次组合：0.5/d1/d2。1秒热稳定系数为90，动稳定系数为110。.10kv侧电流互感器选择为lwz-10

23、1500/5，级次组合0.5/d，其1秒热稳定系数为50，动稳定系数为90。5、电压互感器的选择电压互感器的作用是将电力系统的以此电压按照一定的变比转换为要求的二次电压，其工作原理与变压器基本相同。电压互感器的以此绕组并联接在主电路上，二次绕组接负荷。电压互感器可以将高电压与电气工作人员隔离。连接型式：完全星形接线额定电压（kv）二次绕组额定容量（va）最大容量(va)高压侧电压互感器jcc2-1105002000低压侧电压互感器jsjw-104809606、低压侧限流熔断器的选择和校验：（1）、熔管额定电流的选择 前者为熔管额定电流，后者为熔体额定电流（2）、熔体额定电流的选择 k是可靠系数

24、，为1.11.3根据计算书的计算结果，查手册可得高压熔断器如下表所示。型号额定电压（kv）额定电流（a）最大开断电流有效值过电压倍数rn1102040040kaish（2）、10kv侧流过断路器的最大持续工作电流：选择及校验过程如下：额定电压选择： 额定电流选择： 额定开断电流选择：由上述短路计算得， 所以， 额定关合电流选择：表6-1 sn1010/630技术参数表型号额定电压/kv额定电流/a额定开断电流/ka动稳定电流/ka热稳定电流/ka固有分闸时间/s2sn1o10/630106301640160.05热稳定校验 动稳定校验： iesish4、隔离开关的选择与校验(1)高压侧隔离开关选择与校验隔离开关的选择，没有开断电流和关合电流的校验，隔离开关的额定电压、额定电流选择和热稳定、动稳定校验项目与断路器相同。选择及校验过程如下：额定电压选择： 额定电流选择： 根据以上条件查手册，选择的满足要求的隔离开关的型号为gw5110/630，其技术参数如下表：表6-2 gw5110/630技术参数表型号额定电压/kv额定电流/a动稳定电流/ka热稳定电流/ka4sgw5110/6301106305020热稳定校验： 所以，即满足热稳定校验。 动稳定校验：根据表6-5数据，.由10kv短路计算结果得，10kv侧冲击电流为3.336k