kV变电站电气一次部分设计879

1、内容预览毕业设计报告设计题目：110kV 变电站电气一次部分设计姓 名：专业名称： 电气工程及其自动化班 级：07 电自本指导老师：姓名）。1 10kV 侧负荷由工厂负荷预测可知，工厂一、二、三期达到规模后，负荷达25.16兆瓦，功率因素取0.8，主变容量按10kV侧总负荷的70%来选择，四期负荷为9.5兆瓦。S 三=P 三/ cos =25.16/0.8=31.45MVA ）S 四= =戸戸四/ cos $=9.5/0.8=11.875MVA）总容量达 43.325 MVA ，S 总=S 总 X70%=43.325X 70%=30.3275MVA ）主变容量选择因此选择 2台31.5 兆伏安

2、主变可满足供电要求；选择主变型号为： SFZ11-31500/110容量比高/低%） ：100/100电压分接头： 1104X1.25%/10.5kV阻抗电压高低）：10.5%联结组别： YN， d11第三节 主变压器形式的选择1 ）主变相数的选择主变压器采用三相或单相，主要考虑变压器的制造条件、可靠性要求及远输条件等因素，特别是大型变压器尤其需要考虑其运输可能性保证运输尺寸不超过遂洞、涵洞、桥洞的允许通过限额，运输重量不超过桥梁、车辆、船舶等运输工具的允许承载能力，当不受运输条件限制时，在330kV及以下的变电站均应选用三相变压器。本次设计的变电站是一个江西洪都钢厂 110kV变电站，位于市

3、郊，交通便利，不受运输条件限制，故可选择三相变压器，减少了占用稻田、丘陵的面积；而选用单相变压器相对来讲投资大，占地多，运行损耗大，同时配电装置以及继电保护和二次接线比较复杂，增加了维护及倒闸操作的工作量。 2）主变调压方式的选择变压器的电压调整是用分接开关切换变压器的分接头，从而改变变压器变比来实现的。切换方式有两种：不带电切换称为无激磁调压，调整范围通常在5% 以内。另一种是带负载切换，称为有载调压，调整范围可达 20% 。对于 110kV 的变压器，有载调压较容易稳定电压，减少电压波动所以选择有载调压方式， 且规程上规定对电力系统一般要求 10kV 及以下变电站采用一级有载调压变压器。所

4、以本次设计的变电站选择有载调压方式。3）连接组别的选择变压器绕组的连接方式必须和系统电压相位一致，否则不能并列运行。电力系统采用的绕组连接方式只有Y和Ao我国110kV及以上电压，变压器绕组都采用Y0连接，35kV变压器采用Y连接，其中性点多通过消弧线圈接地，35kV以下电压，变压器绕组都采用 A连接。全星形接线虽然有利于并网时相位一致的优点，而且零序阻抗较大，对限制单相短路电流皆有利，同时也便于接入消弧线圈，但是由于全星形变压器三次谐波 无通路，因此将引起正弦波电压的畸变，并对通讯设备发生干扰，同时对继电保护整定的准确度和灵敏度均有影响。如果影响较大，还必须综合考虑系统发展 才能选用。采用A

5、接线可以消除三次谐波的影响。本次设计的变电站的两个电压等级分别为： 110kV、10kV ，所以选用主变的接线级别为 YN， d11 接线方式。4）容量比的选择根据原始资料可知， 110kV 侧负荷容量与 10kV 侧负荷容量一样大，所以容量比选择为 100/100。5）主变冷却方式的选择主变压器一般采用冷却方式有自然风冷却 小容量变压器）、强迫油循环风冷却 大容量变压器）、强迫油循环水冷却、强迫导向油循环冷却。 在水源充足，为了压缩占地面积的情况下，大容量变压器也有采用强迫油循环水冷却方式的。强迫油循环水冷却方式散热效率高，节约材料，减少变压器本身 尺寸，其缺点是这样的冷却方式要在一套水冷却

6、系统和有关附件，冷却器的密封性能要求高，维护工作量大。而本次设计的变电所位于郊区，对占地要求不是 十分严格，所以应采用强迫油循环风冷却方式。因此选择 2 台31.5 兆伏安主变可满足供电要求；故选择主变型号为： SFZ11-31500/110容量比高/低%）：100/100电压分接头：1104x1.25%/10.5kV阻抗电压 高低）： 10.5%联结组别： YN， d11第二章 电气主接线形式的选择 电气主接线是变电站电气设计的首要部分，也是构成电力系统的重要环节。主接线的确定对电力系统整体及变电所本身运行的可靠性、灵活性和经济性密切相 关，并且对电气设备选择，配电装置布置，继电保护和控制方

7、式的拟订有较大影响。因此必须正确处理好各方面的关系，全面分析有关影响，通过技术经济比 较，合理确定主接线。在选择电气主接线时，应以下各点作为设计依据：变电所在电力系统中的地位和作用，负荷大小和重要性等条件确定，并且满足可靠 性、灵活性和经济性等多项基本要求。1 ） 运行的可靠性。断路器检修时是否影响供电；设备和线路故障检修时，停电数目的多少和停电时间的长短，以及能否保证对重要用户的供电。2）具有一定的灵活性。主接线正常运行时可以根据调度的要求灵活的改变运行方式，达到调度的目的，而且在各种事故或设备检修时，能尽快地退出设备。切除故障停电时间最短、 影响范围最小，并且再检修在检修时可以保证检修人员

8、的安全。3）操作应尽可能简单、方便。 主接线应简单清晰、操作方便，尽可能使操作步骤简单，便于运行人员掌握。复杂的接线不仅不便于操作，还往往会造成运行人员的误操作而发生事故。但接 线过于简单，可能又不能满足运行方式的需要，而且也会给运行造成不便或造成不必要的停电。4）经济上合理。 主接线在保证安全可靠、操作灵活方便的基础上，还应使投资和年运行费用小，占地面积最少，使其尽地发挥经济效益。5）应具有扩建的可能性。 由于我国工农业的高速发展，电力负荷增加很快。因此，在选择主接线时还要考虑到具有扩建的可能性。变电站电气主接线的选择，主要决定于变电站在电力 系统中的地位、环境、负荷的性质、出线数目的多少、

9、电网的结构等。第一节 主接线方式选择电气主接线是根据电力系统和变电站具体条件确定的，它以电源和出线为主体，在进出线较多时一般超出 4 回），为便于电能的汇集和分配，常设置母线作为中间环节，使接线简单清晰，运行方便，有利于安装和扩建。本次所设计的变电所 110kV 进出线有 2回， 10kV 出线有 20 回，本期 10kV 线10 回，所以采 用有母线的连接。现在分别对 110kV 、10kV 侧接线方式进行选择。一、110kV 侧。110kV 侧进线 2 回，选用以下几种接线方案：1） 单母线分段接线。母线分段后重要用户可以从不同段引出两回馈电线路，一段母线故障，另一段母线仍可正常供电。2）

10、 带旁路母线的单母线分段接线。母线分段后提高了供电可靠性，加上设有旁路母线，当任一出线断路器故障或检修时，可用旁路断路器代替，不使该回 路停电。3）双母线接线。采用双母线接线后，可以轮流检修一组母线而不致使供电中断，检修任一回路的母线隔离开关时，只需断开此隔离开关所属的一条电路和与 隔离开关相连的该组母线，其它电路均可通过另一组母线继续运行。采用单母线分段接线投资较少，但可靠性相对较低，当一组母线故障时，该组母线上的进出线都要停电；采用双母线接线方式，增加了一组母线，投资相对也 就增加，且当任一线路断路故障或检修时，该回路不需停电；采用单母线分段带旁路母线接线方式，任一回路断路器故障检修时，该

11、回路都不需停电，供电可 靠性比单母线分段接线强。在本站设计中，由于 110kV 侧达到“两线两变 ”要求，同时出现故障的概率很低，能够保证高压侧的供电可靠性。而且从操作简便性和投资节约性的角度来考 虑，宜采用单母线分段接线运行方式。二、10kV 侧。10kV侧出线20回，大部分为I类负荷，选用以下几种接线方案：1）单母线分段接线，它投资少，在 10kV 配电装置中它基本可以满足可靠性要求。2）单母线分段带旁路母线，这种接线方式虽然提高了供电可靠性，但增大了投资。采用单母线分段接线亦可满足供电可靠性的要求，且节约了投资。因此， 10kV 侧采用单母线分段接线。第三章 短路电流计算在电力系统中运行

12、的电气设备，在其运行中都必须考虑到发生的各种故障和不正常运行状态，最常见同时也是最危险的故障是各种形式的短路。因为它们会破 坏对用户正常供电和电气设备的正常运行，使电气设备受到破坏。短路是电力系统的严重故障。所谓短路是指一切不属于正常运行的相与相之间或相与地之间对于中性点接地系统）发生通路的情况。在三相系统中，可能发生的有对称的三相短路和不对称的两相短路、两相接地短路和单相接地短路。在各种类型的短路中，单相短路占多数，三相短路几率最 小，但其后果最为严重。因此，我们采用三相短路 对称短路）来计算短路电流，并检验电气设备的稳定性。第一节 短路电流计算的目的和条件一、短路电流计算的目的在发电厂和变

13、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：1）电气主接线的比较。2）选择导体和电器。3 ）在设计屋外高型配电装置时，需要按短路条件校验软导线的相间和相对的安全距离。4）在选择继电保护方式和进行整定计算时，需以各种短路时的短路电流为依据。5）接地装置的设计，也需要用短路电流。二、短路电流计算条件1、基本假定1）正常工作时，三相系统对称运行；2）所有电源的电动势相位相角相同；3）电力系统中的所有电源都在额定负荷下运行；4）短路发生在短跑电流为最大值的瞬间；5）不考虑短路点的电弧阻抗和变压器的励磁电流；6）除去短路电流的衰减时间常数和低压网络的短路电流外，元件的电阻

14、都略去不计；7 ）元件的计算参数均取其额定值，不考虑参数的误差和调整范围；8）输电线路的电容忽略不计。2、一般规定1）验算导体和电器动稳定、热稳定以及电器开断电流挪用的短路电流，应根据本工程设计规划容量计算，并考虑远景的发展计划；2）选择导体和电器用的短路电流，在电气连接的网络中，应考虑具有反馈作用的异步电动机的影响和电容补偿装置放电电流的影响；3）选择导体和电器时，对不带电抗器回路的计算短路点应选择在正常接线方式时短路电流为最大的地点； 4）导体和电器的动稳定、热稳定以及电器的开断电流，一般按三相短路验算。第四章 电气设备的选择第一节 导体和电气设备选择的一般条件正确地选择设备是使电气主接线

15、和配电装置达到安全、经济运行的重要条件。在进行设备选择时，应根据工程实际情况，在保证安全、可靠的前提下，积极而 稳妥地采用新技术，并注意节约投资，选择合适的电气设备。尽管电力系统中电气设备的作用和条件不一样，具体选择方法也不相同，但对它们的具体要求是一样的。电气设备要能可靠的工作，必须按正常工作条件选 择，并按短路状态来校验热稳定和动稳定。一、一般原则1、应满足正常运行、检修、短路和过电压情况下的要求，并考虑远景发展的需要；2、应按当地环境条件校验；3、应力求技术先进和经济合理；4、选择导体时应尽量减少品种；5、扩建工程应尽量使新老电器型号一致；6、选用的新产品，均应具有可靠的实验数据，并经正

16、式鉴定合格。二、技术条件选择的高压电器，应能在长期工作条件下和发生过电压、过电流的情况下保持正常运行。1长期工作条件UgmaxIg由于变压器短时过载能力很大，双回路出线的工作电流变化幅度也较大，故其计算工作电流应根据实际需要确定。高压电器没有明确的过载能力，所以在选择额定电流时，应满足各种可能运行方式下回路持续工作电流的要求。2短路稳定条件Ir-t 秒内设备允许通过的热稳定电流有效值 kA)t-设备允许通过的热稳定电流时间 s )校验短路热稳定所用的计算时间 tjs 按下式计算：tjs=tb+td式中 tb- 继电保护装置后备保护动作时间 s)td-断路器全分闸时间 s)、短路动稳定条件ich

17、widfIch Idf式中 ich- 短路冲击电流峰值 kA)idf-短路全电流有效值 kA )Ich- 电器允许的极限通过电流有效值 ry-测量仪表电流线圈电阻 rj-继电器电阻rd连接导线电阻re-接触电阻，一般取0.1 Q3按一次回路额定电压和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比回路中正常工作电流大 1/3左右，以保证测量仪表得到最佳工作，并在过负荷时使仪表有适当的指 示。电流互感器的一次额定电流和电压必须满足：UeUewIel AIgmax为了确保所供仪表的准确度，互感器的工作电流应尽量接近此额定电流。Uew-电流互感器的一次所在的电网额定电压Ue、Ie1 电流互

18、感器的一次额定回路最大动作电流4 .热稳定校验。电流互感器常以允许通过一次额定电流Ie1的倍数Kr故热稳定应按下式校验：KrIe1 ） 2AI2 tdz5动稳定校验。电流互感器常以允许通过一次额定电流最大值Iel）的倍数 Kd-动力稳定电流倍数，表示其内部稳定能力，故内部稳定可按下式校验：。 短路电流不仅在电流互感器内部产生作用力，而且由于其相邻之间电流的相互作用使绝缘瓷帽受到力的作用。在满足额定容量的情况下，选择二次连接导线的允许最小截面为：计算过程见计算说明书附录 5 二、电压互感器的选择1一次回路电压选择。为了确保电压互感器安全和在规定的准确级下运行，电压互感器一次绕组所接电网电压应在S

19、e2应不小于互感器的二次负荷 S2,即:Se2 AS2 电压互感器应接一次回路电压、二次回路，安装地点和使用条件，二次负荷及准确级要求进行选择。1 110kV 侧电压互感器1）母线侧电压互感器选用 JDCF-110 型电压互感器,它是单相、四绕组、串级式绝缘、陶瓷、 “分”列式有测量和保护 “分”开的二次绕组）户外安装油浸式全密封型互感器，适用于交流50HZ有效接地电力系统，作电压、电能测量和继电保护用。其初级绕组额定电压为110/kV,次级绕组额定电压为0.1/ kV,剩余电压绕组100V。测量用准确级为0.2级，额定二次负荷100VA，保护用准确级为0.5级，额定二次负荷250VA2）11

20、0kV输电线路侧电压互感器，采用 TYD型单相电容式电压互感器，其初级绕组额定电压为，次级绕组额定电压为，二次绕组准确级为 0.5 级,额定二次负荷 150VA。2、10kV 侧电压互感器10kV 侧电压互感器采用 JDZXF-12 型电压互感器,它是单相、四绕组、浇注式、分列式 有测量和保护 “分”开的二次绕组）户内型电压互感器,具有三组次级，其中有0.2计量用，0.5级监控用。其初级绕组额定电压为10/kV，次级绕组额定电压为0.1/kV，额定二次负荷100VA。计算过程见计算说明书附录 6 第六节 母线的选择在电力系统中 ,母线主要承担传输功率的重要任务 ,电力系统的主接线也需要用母线来

21、汇集和分配功率 ,在发电厂、变电站及输电线路中，所用导线有裸导线、硬 铝母排及电力电缆等，由于电压等级要求不同 ,所用导线的类型也不相同 ,裸露母线一般按下类各项进行选择和校验 :1 ）导线材料、类型和敷设方式 2）导线截面3）电晕4）热稳定5）动稳定6） 共振频率计算过程祥见计算说明书附录 7 第七节 限流电抗器的选择限流电抗器是输配电设备中用以增加电路的短路阻抗，从而达到限制短路电流的目的。限制变电站10kV侧短路电流不超过16-31.5kA，以便采用ZN28型真空断路器，并且使用的电缆截面不至于过大，一般采用下列措施之一 :1 ）变压器分列运行；2）在变压器回路装设电抗器或分裂电抗器；3

22、）采用分裂变压器；4）出线上装设电抗器 10kV 侧短路电流很大，采用其他限流措施不能满足要求时） 普通电抗器的额定电流选择：电抗器几乎没有过负荷能力，所以主变压器或出线回路的电抗器应按回路最大工作电流选择，而不能用正常持续工作电流选择。对于变电站母线分段回路的电 抗器应满足用户的一级负荷和大部分二级负荷的要求。第八节 站用变压器的台数及容量的选择站用电接线一般原则：低压10kV母线采用分段母线分别向两台所用变压器提供电源，一般采用一台工作变压器接一段母线，两台站用工作变压器互为备用 每台变压器容量及型号相同） ，以获得较高的可靠性。站用变压器容量的选择： 站用变压器负荷计算采用核算系数法，不

23、经常运行及不经常连续运行的负荷均可不列入计算负荷，当有备用站用变压器时，其容量应与工作站用变压器相同。 所用变压器容量按下式计算：SAKEP1+EP2S- 所用变压器容量 刀P1-所用动力负荷之和kV)K1 - 所用动力负荷核算系数，一般取 0.85EP2-电热及照明负荷之和kV)在本站设计中根据电站的规模推算安装两台 SC11-50kVA 站用变互为备用。第九节 10kV 无功补偿的选择无功补偿采用分组投切的并联电容器组。考虑到工厂经内部补偿后的负荷功率因素已达到 0.9 以上，因此电容器主要是补偿主变压器的无功损耗。经计算，本期无功补偿容量按主变总容量的 1 1 .43%配置，即变电站装设

24、 3.6兆乏并联电容器，分 2组，每组1.8兆乏，最终装设 7.2兆乏，分4组，每组 1 .8兆乏。 第五章10kV高压开关柜的选择10kV 高压开关柜采用 XGN2-10Z 金属全封闭固定型系列高压开关柜，包括主变进线柜、 10kV 馈线柜、站用变柜、电压互感器柜、电容器柜、母联柜。 计算过程见计算说明书附录 8 第二部分 计算说明 附录一 主变压器容量的选择1 10kV 侧负荷由工厂负荷预测可知，工厂一、二、三期达到规模后，负荷达 25.16兆瓦，功率因素取0.8，主变容量按10kV侧总负荷的70%来选择S本= =戸戸本/ cos =25.16/0.8=31.45MVA)S 四= =戸戸四

25、/ cos =9.5/0.9=11.875MVA)总容量达 43.325 MVA ，S 总=S 总 X70%=43.325X 70%=30.3275MVA )主变容量选择因此本期选择 2台31.5兆伏安主变可满足供电要求；故选择主变型号为： SFZ9-31500/110容量比高/低%) ：100/100电压分接头： 1104X1.25%/10.5kV阻抗电压高低)：10.5%联结组别： YN， d11附录二 短路电流计算1、取；而额定电压选择：A=1.15Un=1.15x 110=126.5(kV:为最高允许工作电压：为电网最高运行电压(1额定电流选择：A:额定电流：最大工作电流考虑到变压器在

26、电压降低5%时,出力保持不变，故相应回路的=1.051N(3按开断电流选择A=33.619kA:额定开断电流(4按断路关合电流选择相关参数 短路 占 八、基准电 压kV)短路电 流有名 值kA)短路电流最大 有效值kA)短路电 流冲击 值vkA)短路容量:100kA热稳定电流(3s有效值:40kA额定开合电流(峰值:100kA全开断时间：w50ms(5校验热稳定:继电保护动作时间：断路器的开断时间:继保动作时间，取后备保护时间为2s=0.05+2=2.05s因1s导体的发热主要由周期分量来决定，则：=33.6192X2.05=2316.986(kA2.S=402X3=4800(kA2.S即：满

27、足热稳定要求(6动稳定校验=85.728kA 3150A173.6A合格100kA50.7648kA合格=2.05s=2316.986 (kA2.S=402X4=4800(kA2.S4)动稳定校验=85.728kA=100kAA40kA33.619kA合格A100kA85.728kA合格4800kA2S2316.986kA2.S合格满足动稳定要求.附录四隔离开关选择计算1 110kA隔离开关1)额定电压A=110kV2)额定电流3)热稳定校验即：满足热稳定要求。满足动稳定要求。故选择GW5-110型户外独立式隔离开关能满足要求，由上述设计可列表:GW4-126结论根据以上数据，可以初步选择GW

28、4-126型户外隔离开关，其技术参数如下:额定电压：126kV动稳定电流峰值：100kA额定电流：2500A热稳定电流4s): 40kA设备产品数据计算数据项目A126kV126kV合格A2500A173.6A合格A100kA85.728kA合格4800kA 2S2316.986kA合格2S附录五电流互感器的选择1、 110kV 侧1 ）额定电压A=110kV2 ）额定电流根据以上数据，可以初步选择 LB7-110型户外独立式电流互感器，其技术参数如下: 额定电流比：1000/5A IS热稳定倍数：75动稳定倍数：1501）热稳定效验、=2.05s=2316.986kA2.S)X1=75X 1

29、) 2Xl=5625满足热稳定要求4)动稳定效验=85.728kA=160XX000Xl0-3=226.24.1满足动稳定要求。故选择LB7-110型户外独立式电流互感器能满足要求，由上述设计可列表:LB7-110设备项产品数据计算数据结论目110kV110kV合格1000A173.6A合格226.24k85.728k合格AAX15625kA 2.2316.98合格S6kA2.S附录六电压互感器的选择电压互感器应接一次回路，安装地点和使用条件，二次负荷及准确级要求进行选择。1、110kV侧电压互感器（2母线侧电压互感器选用JDCF-110型电压互感器,它是单相、四绕组、串级式绝缘、陶瓷、 分列

30、式110kV输电线路侧电压互感器，采用TYD100/-0.01型单相电容式电压互感器，其初级绕组额定电压为110/kV，次级绕组额定电压为0.1/kV，二次绕组准确级为0.5级，额定二次负荷150VA。3、10kV侧电压互感器10kV侧电压互感器采用JDZXF-10型电压互感器，它是单相、四绕组、浇注式、分列式有测量和保护分开的二次绕组）户内型电压互感器，具有三组次级，其中有0.2计量用，0.5级监控用。其初级绕组额定电压为10/kV，次级绕组额定电压为0.1/kV，额定二次负荷100VA。附录七母线的选择计算1 . 110kV侧母线选取钢芯铝绞线 轻型)：A5000h时，取 J= 0.9A

31、/mm2= 0.3472 X103/0.9=385.78mm2取LGJQ-600的母线。1)热稳定效验=2316.986kA2.S取 C=87所选取母线截面为600mm2,故满足热稳定要求=1.73KF(3 2L 10-7/a=1.73 X(85.72 X1032X20X 10-7/2.2=11569.63 ; 243.9(n/MLGJQ-600计算拉断力88850N.满足热稳定要求。3. 10kV侧母线=1.05INA5000h时，取 J= 0.9A /mm2=3820/0.9= 4244 mm 2选取槽形导体，双槽导体截面为 4300mm 2， 导体载流量 4580A . 1 ) 热稳定效

32、验=1246.64kA2.S取 C=87所选取母线截面为 4300mm2， 故满足热稳定要求。附录八 10kV 高压开关柜的选择一、10kV主变进线柜1断路器: 为最高允许工作电压：为电网最高运行电压2 ) 额定电流的选择：A：额定电流 ：最大工作电流 考虑到变压器在电压降低 5% 时，出力保持不变，故相应回路的：为额定开断电流：额定断路关合电流 ：短路电流最大冲击电流 据以上数据，可以初步选择 ZN28-12/2000-40 型真空断路器，参数如下： 额定电压： 10kV 最高工作电压： 12kV 额定电流： 2000A 额定开断电流： 40kA动稳定电流 峰值）：100kA热稳定电流4s有

33、效值）：40kA额定关合电流 峰值）：100kA 故有分闸时间：0.08s1s导体的发热主要由周期分量来决定，则:即：热稳定满足要求6）动稳定效验=62.88kA=100kA故选择ZN28-12/2000-40真空断路器能满足要求，由上述设计可列表:ZN28-12/2000-40设产品数据计算数据备项目11.5kV11.5 kV12 kV10 kVA2000A1910AA100 kA62.88kAA40 kA3060 AA100 kA62.88 kA6400 kA 2-S1264.88kA2.S满足动稳定要求。2 .隔离开关1）额定电压A=10kV2）额定电流根据以上数据，可以初步选择 GN22-12/2000型户外隔离开关，参数如下:额定电压：12 kV动稳态电流峰值：100kA额定电流：2000 A热稳态电流4s）： 40 kA3）热稳定效验=2.08s即：满足热稳定要求4）动稳定校验=62.88kA2000X 10-32 X1=10000(kA2S满足热稳定要求 满足动稳定要求故选择LMZJ1-10 2000/5型户内式电流互感器能满足要求，由上述设计可列表LMZJ1-10 2000/5设备