110KV降压变电所电气部分初步课程设计

1、目 录第一章 课程设计任务 1第二章 负荷分析及计算和主变的选 3 第一节 负荷计算的目的 3 第二节 负荷分析及无功补偿 3 第三节 主变压器的确定 4第三章 变电站主接线的选择 6 第一节 对电气主接线的基本要求 6 第二节 110kv侧接线的选择7 第三节 10kv侧接线的选择 7第四章 短路电流的计算 9 第一节 计算各回路电流9 第二节 计算短路点最大短路电流 9 第三节 计算最大持续工作电流 10第五章 电气设备的配置与选择 11 第一节 高压断路器的选择 11 第二节 隔离开关的选择 14 第三节 互感器的选择 17 第四节 避雷器的选择 17 第五节 接地刀闸的配置 18第六章

2、 继电保护配置 18 第一节 继电保护的配置 18 第二节 变电所继电保护的配置20参考文献 21附110kv地方变电所电气主接线图及电气总平面图第一章：课程设计任务一、 设计题目：某区110kv/10kv变电站设计二、设计的原始资料1建设性质及规模：为满足某区及相关单位用电，将新建一座110kv降压变电所。该变电所建成后，主要对本区用户供电为主，尤其对本地区大用户进行供电。改善提高供电水平。2变电站负荷情况: 本变电站的电压等级为110/10。变电站由两个系统供电，系统s1为3mva，容抗为0.38, 系统s2为4mva，容抗为0.45。线路1为30km, 线路2为20km。有关负荷资料见附

3、表1。即（1）110kv线路进线2回。（2）10kv线路的同时系数为0.9，线损率5%。（3）10kv线路8回，远期发展2回。（4）待设计变电站地理位置示意如下图：3.设计内容（1）负荷计算及无功功率补偿 。（2）选择变电所主变台数、容量及型式。 （3）设计本变电所的电气主接线，选出数个电气主接线方案进行技术经济比较，确定一个最佳方案。（4）进行必要的短路电流计算。（5）选择和校验所需的电气设备。（6）进行继电保护的选择及整定（略写） 。4.设计成果（1）设计计算说明书一份（3）电气主接线图一份（3）变电所平面布置图一份表1 某区及相关单位用电负荷需求电压等级负荷名称最大负荷(mw)负荷组成

4、(%)cos同时率(%)线损率(%)一级二级三级10kv机械厂食品厂 2.41.1321510603025600.80885855510kv汽配厂 1.222040400.885510kv城区2.542040400.885510kv工业园5283040300.885510kv自来水厂0.50.83050200.885510kv生活区0.5130700.885510kv转供电0.81.820800.885510kv发展线11.52060200.885510kv发展线21.52060200.8855第二章：负荷分析及计算和主变的选择一、 负荷计算的目的：计算负荷是供电设计计算的基本依据，计算负荷确

5、定得是否正确合理，直接影响到电器和导线电缆的选择是否经济合理。如计算负荷确定过大，将使电器和导线选得过大，造成投资和有色金属的消耗浪费，如计算负荷确定过小又将使电器和导线电缆处子过早老化甚至烧毁，造成重大损失，由此可见正确确定计算负荷意义重大。二、负荷分析及无功补偿：、10kv侧负荷 近期负荷：p近10 = 2.4+1.1+1.2+2.5+5.2+0.5+0.5+0.8=14.2mw远期负荷：p远10 = 3+2+2+4+8+0.8+1+1.8+1.5+1.5=25.6mwp10 k(1+k)25.60.8(1+0.05)21.504(mw)q10ptgptg(cos10.80) 21.504

6、0.75=16.128(mvar)视在功率：（供电容量）sg1026.88(mva)in101.552(ka) 2、无功补偿： q=p（tantan）=ptan(=21.504（0.750.426）=21.5040.324=6.967mvar由此，可根据该结果采用电力电容两组并联 27000kvar三、主变压器的确定1、绕组数量的确定在该设计中，只有高低两个电压等级（110kv/10kv），因此，主变压器选为两绕组变压器。2、主变压器台数的确定确定原则：（1）对于大城市郊区的一次变电所在中低压侧已构成环网的情况下，变电所以装设两台变压器为宜。（2）对地区性孤立的一次变电所或大型工业专用变电所在

7、设计时应考虑装设三台变压器。（3）对于规划只装设两台变压器的变电所，其变压器基础宜按大于变压器容量的 12 级设计，以便负荷发展时，更换变压器的容量。比 较单台变压器两台变压器技术指标供电安全比满足要求满足要求供电可靠性基本满足要求满足要求供电质量电压损耗略大电压损耗略小灵活方便性灵活性差灵活性好扩建适用性稍差好经济指标电力变压器的综合投资跟两台变压器相比所需要的花费要少花费投资比较多选择：由负荷计算可知，本变电站远景负荷为=21.504mw，应装设两台主变压器。3、变压器容量和型号确定确定原则：（1）主变压器容量一般按变电所建成后 510 年规划负荷选择，并适当考虑到远期 1020 年的负荷

8、发展，对于城市郊区变电所，主变压器应与城市规划相结合。（2）根据变电所所带负荷的性质和电网结构来确定主变压器的容量，对于有重要负荷的变电所应考虑，当一台变压器停止运行时，其余变压器容量在计及过负荷能力后的允许时间内应保证用户的一级和二级负荷，对一般性变电所，当一台主变停止运行时，其余变压器应能保证全部负荷的 60%70%。（3）同一个等级的单台降压变压器容量的级别不宜太多，应从全网出发，推行系统化、标准化、简单化、方便灵活化。确定：（1）变电所的一台变压器停止运行时，另一台变压器能保证全部负荷的 60%，即=0.6=0.621.504=12.9mva（2）应保证用户的一级和二级负荷（单台运行时

9、）i、ii 类负荷的总和为：375%+240%+260%+460%+870%+130%+1.820%=13.35mw ，还加上负荷的同时率13.35+0.85=14.2mw综合（1）（2）并考虑到两台容量之和必须大于s、再分析经济问题，查表得所选择变压器容量sb= 16mva查110kv三相两绕组电力变压器技术时数据表，选择变压器的型号为s7-16/110，其参数如下表：型 号 额定容量（mva）额定电压（kv）连接组标号阻抗电压（%）空载电流（%）损耗（kw）高压低压空载负载 s7-16/110161106.6；3.3；10.510.50.923.586 4、绕组连接方式的确定根据选择原则可

10、确定所选择变压器绕组接线方式为y接线。第三章：变电所主接线的选择一、 对电气主接线的基本要求（1）供电可靠性：如何保证可靠地（不断地）向用户供给符合质量的电能是发电厂和变电站的首要任务，这是第一个基本要求。（2）灵活性：其含义是电气主接线能适应各种运行方式（包括正常、事故和检修运行方式）并能方便地通过操作实现运行方式的变换而且在基本一回路检修时，不影响其他回路继续运行，灵活性还应包括将来扩建的可能性。（3）操作方便、安全：主接线还应简明清晰、运行维护方便、使设备切换所需的操作步骤少，尽量避免用隔离开关操作电源。（4）经济性：即在满足可靠性、灵活性、操作方便安全这三个基本要求的前提下，应力求投资

11、节省、占地面积小、电能损失少、运行维护费用低、电器数量少、选用轻型电器是节约投资的重要措施。根据以上的基本要求对主接线进行选择。二、110kv侧接线的选择方案（一）: 采用单母线接线考虑到110kv侧只有两条进线和有两条出线，因而可以选用单母线接线。其优点：简单清晰、设备少、投资少、运行操作方便、且有利于扩建。缺点是：（1）当母线或母线隔离开关检修或发生故障时，各回路必须在检修和短路时事故来消除之前的全部时间内停止工作，造成经济损失很大。（2）引出线电路中断路器检修时，该回路停止供电。方案（二）: 桥形接线110kv侧以双回路与系统相连，而变电站最常操作的是切换变压器，而与系统联接的线路不易发

12、生故障或频繁切换，因此可采用外桥式线，这也有利于以后变电站的扩建。优点是：高压电器少，布置简单，造价低，经适当布置可较容易地过渡成单母线分段或双母线分接线。缺点是：可靠性不是太高，切换操作比较麻烦。方案（三）：双母线接线优点：（1）供电可靠，通过两组母线隔离开关的倒换操作，可以轮流检修一组母线而不至于供电中断，一组母线故障后能迅速恢复供电，检修任一组的母线隔离开关时只停该回路。（2）扩建方便，可向双母线的左右任何一个方向扩建，均不影响两组母线的电源和负荷的平均分配，不会引起原有回路的停电，以致连接不同的母线段，不会如单母线分段那样导致交叉跨越。（3）便于试验，当个别回路需要时单独进行试验时可将

13、该架路分开，单独接至一组母线上。缺点：（）增加一组母线和每回路需增加一组母线隔离开关，投次大。（2）当母线故障或检修时，隔离开关作为倒换操作电器容易误操作，为了避免隔离开关误操作需在隔离开关和断路之间装设连锁装置。对于110kv侧来说，因为它要供给较多的一类、二类负荷、因此其要求有较高的可靠性。对比以上三种方案，单母线接线供电可靠性、灵活性最差，不符合变电所的高可靠性的要求；桥形接线比单母线接线供电可靠性高，且有利于以后扩建，虽然可靠性比双母线接线稍低，但双母线接线复杂，使用设备多、投资较大；110kv母线放置较高，且相与直之间距离大，因而各种小动作不能造成故障，同时母线放在防雷区内，不会遭受

14、雷击，因此桥形接线比较可靠，也能够满足要求。因此，对于110kv侧选用外桥式接线。三、10kv侧主接线选择方案（一）：单母线分段优点：（1）用断路器把母线分段后，对重要用户可以从不同母线段引出两个回路，用两个电路供电。（2）当一段母线故障时，分段断路器自动切除故障母线保证正常段母线不间断供电和不致使重要用户停电 。缺点：（1）当一段母线或母线隔离开关检修时该母线各出线须停电。（2）当出线为双回路时，常使架空线路出现交叉跨越。（3）扩建时需向两个方向均衡扩建。方案（二）：单母线分段带旁路优点：具有单母线分段的全部优点，并在检修断路器时不至于中断对用户供电。缺点：与单母线分断的缺点相比少了缺点。方

15、案（三）：双母线接线优点：（1）供电可靠，通过两组母线隔离开关的倒换操作，可以轮流检修一组母线而不至于供电中断，一组母线故障后能迅速恢复供电，检修任一组的母线隔离开关时只停该回路。（2）调度灵活，各个电源和各回路负荷可以任意分配到某一组母线上，能灵活地适应系统中各种运行方式调度和潮流变化的需要。（3）扩建方便可向双母线的左右任何一个方向扩建，均不影响两组母线的电源和负荷的平均分配，不会引起原有回路的停电，以致连接不同的母线段，不会如单母线分段那样导致交叉跨越。（4）便于试验，当个别回路需要时单独进行试验时可将该架路分开，单独接至一组母线上。缺点：（1）增加一组母线和每回路需增加一组母线隔离开关

16、。（2） 当母线故障或检修时，隔离开关作为倒换操作电器容易误操作，为了避免隔离开关误操作需在隔离开关和断路之间装设连锁装置。对比以上三种方案，以上三种方案均能满足主接线要求，但采用双母线接线要多用十二个隔离开关，采用单母线带旁路要多用 2 个断路器，它们的经济性能较差，单母线分段接线既能满足负荷供电要求又有节省大量资金，是一种较理想的接线方式。综合以上三种主接线所选的接线方式，画出主接线图，如电气主接线图所示。第四章：短路电流的计算一、计算各回路电抗（取基准功率sd = 100mva ud=uav）根据前所选择变压器各参数得系统s1：0.380.127 s2：=0.45=0.1125 变压器：

17、= =0,656二、计算各点短路点的最大短路电流1、k点短路时(1) x1=0.127 x2=0.1125 x3=0.656(2) i=（） =（）=（7.874+8.889+1.524）0.502 =9.18（ka）(3) 三相短路容量：=4460mva2、k2点短路时（1） （2） 标： 有名值： 短路冲击电流： 三相短路容量： 三、计算回路最大持续工作电流1、三相变压器回路 110kv： 10kv： 2、母联断路器回路110kv： 3、分段断路器回路 10kv： 4、馈线回路110kv： 10kv架空线： 第五章：电气设备的配置与选择一、高压断路器的选择(一)高压断路器的配置与选择1、高

18、压断路器的配置（1）、110kv侧由于采用外桥式接线，故选用三台断路器。（2）、35 kv、110 kv侧的变压器至每一条母线均分别安装一台断路器；母线分段也各安装一台断路器。（3）、35 kv、110 kv侧每条出线均安装一台断路器。2、高压断路器按下列条件进行选择和校验（1）、选择高压断路器的类型，按目前我国断路器的生产情况，少油断路器的构造简单、价格便宜、维护工作量少，6 220kv一般选用少油断路器。（2）、根据安装地点选择户外式或户内式。（3）、断路器的额定电压不少于装设电所所在电网的额定电压。（4）、断路器的额定电流不少于通过断路器的最大持续电流。（5）、校核断路器的断流能力，一般

19、可按断路器的额定开断电流大于或等于断路器触头刚分开时实际开断的短路电流周期分量有效值来进行选择，当断路器的额定开断电流比系统的短路电流大得多的时，为了简化计算也可用次暂态短路电流进行选择。（6）、按短路关合电流选择，应满足条件是：断路器额定关合电流不少于短路冲击电流ish ，一般断路器的额定关合电流等于动稳定电流。（7）、动稳定校验应满足的条件是：短路冲击电流应小于断路器的动稳定电流，一般在产品目录是给出的极限过电流峰值。（8）、热稳定校验应满足的条件是：短路的热效应小于断路器在 tk 时间内的允许热效应。（9）、根据对断路器操作控制要求、选择与断路器配用的操作机构。按上述原则选择和校验断路器

20、（二）110kv侧断路器的选择1、该回路为 110 kv电压等级，故可选用少油断路器。2、断路器安装在户外，故选户外式断路器。3、回路额定电压ue110kv的断路器，且断路器的额定电流不得小于通过断路器的最大持续电流 imax=1.050.148（ka）4、为方便运行管理及维护，选取3台110kv少油断路器为同一型号产品，初选为sw3-110g少油断路器，其主要技术参数如下：型号额定电压kv额定电流a最高工作电压kv额定开断电流kv动稳定电流ka4s热稳定电流ka自动重名闸无电流间隔时间s固有分闸时间s合闸时间ssw3-110g110120012615.84115.80.50.070.435、

21、对所选的断路器进行校验（1）断流能力校验因为三相短路电流大于两相短路电流，所以选三相短路电流进行校验，断路器的额定开断电流比系统短路电流大得多，可用次暂态短，选择断路器短路电流时应考虑在断路器两侧发生短路时通过断路器的短路电流，选较大者进行校验。由短路电流计算可知，系统提供的短路电流较大，故选i =5.23ka进行校验。所选断路器的额定开断电流 i。= 15.8ka i =9.18ka，则断流能力满足要求。（2）短路关合电流的校验所选断路器的额定关合电流，即动稳定电流为 41ka，流过断路器的冲击电流为13.34ka，则短路关合电流满足要求，因为其动稳定的校验参数与关合电流参数一样，因而动稳定

22、也满足要求。（3）热稳定校验设后备保护动作时间 1.9s，所选断路器的固有分闸时间 0.07s，选择熄弧时间 t =0.03s。则短路持续时间 t =1.9+0.07+0.03 =2s。因为电源为无限大容量，非周期分量因短路持续时间大于1s而忽略不计，则 短路热效应 qk = i”2t =9.1822=168.5ka2.s允许热效应 ir2t = 15.82 4 = 998.56ka2.s ir2tqk 热稳定满足要求。以上各参数经校验均满足要求，故选用sw3- 110g 型少油断路器。（4）断路器配用cd5-xg型电磁操作机构。（三）10kv侧断路器的选择1、该回路为 10kv 电压等级，故

23、可选用少油断路器。2、该断路器安装在户内，故选用户内式断路器。3、回路额定电压为 10kv，因此必须选择额定电压 ue 10 kv的断路器，且其额定电流不小于流过断路器的最大持续电流 imax=1.63（ka）4、初选 sn10-10 i/1000 少油断路器，主要数据如下：型号额定电压kv额定电流ka额定开断流电ka动稳定电流ka2s热稳定电流ka固有分闸时间ssn10-10 i/1000101.02050200.065、对所选的断路器进行校验（1）断流能力的校验流过断路器的短路电流 ik =7.7 ka。所选断路器的额定开断电流 i =40kv ik，即断路器的断流能力满足要求。（2）动稳

24、定校验所选断路器的动稳定电流为50ka， 流过断路器的冲击电流ish = 19.635ka则动稳定满足要求。（3）热稳定校验设后备保护动作时间 1.9s，所选断路器的固有分闸时间 0.06s，选择熄弧时间 t =0.03s。则短路持续时间 t =1.9+0.0+0.03 =1.9s。则qd = qz= 7.721.9 = 112.65ka2.s允许热效应 ir2t = 202 2 = 800 ka2.s 由于短路时间大于 1 s ,非周期分量可忽略不计则qd =qz= 112.65ka2.s ，由于 ir2t qr，所以热稳定满足要求从以上校验可知该断路器满足要求，所以确定选用 sn10-10

25、i/1000 少油断路器。二、隔离开关的选择(一)隔离开关的配置与选择1、 隔离开关的配置（1）、接在母线上的避雷器和电压互感器宜合用一组隔离开关。（2）、断路器的两侧均应配置隔离开关，以便进出线不停电检修。（3）、中性点直接接地的普通型变压器均应通过隔离开关接地。根据以上配置原则来配置隔离开关，变电所隔离开关的配置详见主接线图。2、隔离开关按下列条件进行选择和校验（1）、根据配电装置布置的特点，选择隔离开关的类型。（2）、根据安装地点选用户外或户内式。（3）、隔离开关的额定电压应大于装设电路的电大持续工作电流。（4）、隔离开关的额定电压应大于装充电路的最大持续工作电流。（5）、动稳定校验应满

26、足条件为： idw ish（6）、热稳定校验应满足条件为：ir2t qk（7）、根据对隔离开关控制操作的要求，选择配用操作机构，隔离开关一般采用手动操作机构户内 8000a以上隔离开关，户外 220 kv高位布置的隔离开关和 330 kv隔离开关宜用电动操作机构，当有压缩空气系统时，也可采用手动操作机构。（二）110kv侧隔离开关的选择1、根据配电装置的要求，选择隔离开关带接地刀闸。2、该隔离开关安装在户外，故选择户外式。3、该回路额定电压为 110kv，因此所选的隔离开关额定电压 ue 110kv，且隔离开关的额定电流大于流过断路器的最大持续电流imax=0.148（ka）4、初gw4110

27、d型单接地高压隔离开关其主要技术参数如下：型 号额定电压kv额定电流ka最大工作电压kv接地 刀闸a极限通过电流ka4s热稳定电流ka备注有效值峰值gw4-110d11012501262000325510双接地5、校验所选的隔离开关（1）动稳定校验动稳定电流等于极限通过电流峰值即idw = 55ka流过该断路器的短路冲击电流ish = 23.409 ka.s 即 idw ish 动稳定要求满足。（2）热稳定校验断路器允许热效应 ir2t =1024 =400 ka2.s 短路热效应 qk = 54.71ka2.s ir2t qk热稳定满足要求。经以上校验可知，所选隔离开关满足要求，故确定选用

28、gw4 110d型高压隔离开关。（3）该隔离开关配用 cs14gf 手动操作机构。（三）10kv侧隔离开关的选择1、根据配电装置特点，隔离开关选择不带接地刀闸。2、隔离开关安装在户内，故选用户内式。3、该回路的宝宝电压为10kv所选隔离开关的额定电压ue10kv，额定电流大于流过隔离开关的最大持续电流imax =1.63（ka）4、初选gn210 /200085型隔离开关，其主要技术数据如下：型 号额定电压额定电流热稳定电流（ka）5s动稳定电流单 位kvkakakagn210/20008510200010855、校验所选的隔离开关。（1）动稳定校验所选隔离开关的动稳定电流85ka短路冲击电流

29、ish = 19.635kaidw ish , 动稳定满足要求。（2）热稳定校验隔离开关允许热效应 i2rt = 10210=1000ka2s短路热效应 qd =168.5ka2s i2rtqd热稳定满足要求.从以上校验可知,所选隔离开关满足要求,故确定选用gn210/200085型隔离开关。（1） 该隔离开关配用cs62j型手动操作机构。三、互感器的选择（一）、电压互感器的选择 变电所每组母线的三相上均安装电压互感器。详见电气主接线图。电压互感器应按工作电压来选择：1、110kv电压互感器选择 3jcc11102、10 kv电压互感器选择 3jdzj10（二）、电流互感器的选择凡装有断路器的

30、回路均应装设电流互感器，其数量符合测量仪表、保护和自动装置的要求。电流互感器配置详见电气主接线图。1、 110kv电流互感器的选择选择电流互感器型号:lcwd110，变比如下：（1）线路侧：i=2=282.2a 则取变比取：400/5（2）联络断路器处：i=141.1a 则取变比取：200/52、 10kv电流互感器的选择选择10kv侧电流互感器型号:lzz110，变比如下：（1） 变压器至母线及母线分段断路器处：i=1552a 则取变比为：2000/5（2） 线路处，取最大负荷的线路选取：i=144.34a 则取变比为：200/5 四、避雷器的选择1、避雷器的配置（1）、配电装置的每组母线上

31、，均装设避雷器。（2）、三绕组变压器的低压侧一相上设置一组避雷器。（3）、变压器高、低压侧中性点均装置避雷器。变电所避雷器的配置详见电气产接线图。2、 避雷器的选择（1）、110kv选择：fz110（fz205fz15）。（2）、10 kv选择：fz10（单独元件）。五、接地刀闸的配置1、为保证电气设备和母线检修安全，35kv及以上每段根据长度装设12组接地刀闸，两组刀闸间的距离应尽量保持适中，母线的接地刀闸装设在母线电压互感器的隔离开关上和母线隔离开关上，也可以装设在其它回路母线隔离开关上，也可以装设在其它回路母线隔离开关的基座上，必要时可设置独立式母线接地器。2、63kv及以上配置装置的断

32、路器两侧隔离开关和线路隔离开关的线路侧宜装配接地刀闸。3、 主变压器110kv进线隔离开关装设一组接地刀闸。第六章、继电保护的配置一、继电保护的配置（一）保护原则1、变压器保护的配置原则变压器一般装设下列继电保护装置（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 800 kv a及以上的油浸式变压器均应装设瓦斯保护。（2）、相间短路保护反应变压器绕组和引出线的相同短路的纵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闸短路也能起到保护作用。容量为 6300 kva及以上厂用工作变压器和并列运行的变压器，1000kva及以上厂备用变压器和单独运行的变压器，

33、以及 2000kva以上用电流速断保护灵敏性不能满足要求，应装设纵差劲保护，如果变压器的纵差动保护对单相接地短路灵敏性不能满足要求，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：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。复合电压（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。（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。110 kv 及以上中性点直接接地电网中，如果变压器中性点可能直接地运行，对于两侧或三侧电源的升压、奕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相邻元件的后备保护。（5）、过负荷保护对于 400 kva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，对自耦变压器和多绕组变压器，保护装置，应