变电站的设计

1、目录设计任务书4第一部分主要设计技术原则5第一草 主变容虽、形式及台数的选择 6第一节主变乐器台数的选择6第二节主变压器容虽的选择7第三节主变压器形式的选择8第二草电气主接线形式的选择10第一节主接线方式选择12第三章短路电流汁算13第一节 短路电流计算的目的和条件14第四草电气设备的选择 15第一节导体和电气设备选择的一般条件15第二节断路器的选择18第三节隔离开关的选择19第四节高压熔断器的选择20第五节 互感器的选择20第六节 母线的选择24第七节限流电抗器的选择24第八节站用变压器的台数及容虽的选择 25第九节 10kV无功补偿的选择26第五lOkVrHj压开关柜的选择26第二部分计算

2、说明书附录一主变压器容量的选择27附录二短路电流计算28附录三断路器的选择计算30附录四隔离开关选择计算 32附录五电流互感器的选择34附录六电压互感器的选择35附录七母线的选择计算36附录八lOkVr®压开关柜的选择37（含10kV电气设备的选择）第三部分相关图纸一、变电站一次主结线图42二、10kV高压开关柜配置图43三、10kV线路控制.保护回路接线图44四、110kV接入系统路径比较图45第四部分一、参考文献46二、 心得体会47设计任务书一. 设计任务：林*钢厂搬迁昌北新区,一、二期工程总负荷为24.5兆瓦.三期工程总负荷为31兆瓦，四期工程总负荷为 20兆瓦。一、二、三、

3、四期工程总负荷为75.5兆瓦,实际用电负荷34.66兆瓦，拟新建江西洪都钢厂变电所。 本厂用电负荷设施均为I类负荷。第一部分主要设计技术原则木次110kVJ'十前我国变电站 技术的发展现状及技术发展趋向，按照现代电力系统设讣要求，确定设计一个llOkV综合自动化变电站. 采用微机监控技术及微机保护，一次设备选择増强自动化程度，减少设备运行维护工作虽，突出无油化. 免维护型设备选用目前较为先进的一.二次设备。HOkV/lOkVo设计中依据变电所总布宜设讣技术规程緘交流高压断路器参数选用导则沢交流高乐断路器订货技术 条件、交流电气装宜的过电压保护和绝缘配合.火力发电厂、变电所二次接线设计技

4、术规程沢高压 配电装迓设汁技术规程、aiOkV-33OkV变电所il算机监控系统设汁技术规程及木专业各教材。第一电主变容虽、形式及台数的选择C而降斥变斥器则将岛电 压降低为用户所需要的各级使用电压，以满足用户的需婆。主变压器的容虽、台数直接影响主接线的形式 和配电装宜的结构。【大I第一节主变压器台数的选择由原始资料可知，我们木次设计的江西洪都钢厂厂用电变电站.主要是接受由220kV双港变110RV的功率 和220KV盘龙山变供llOkV的功率，通过主变向10kV线路输送。由于厂区主要为I类负荷.停电会对生 产造成重大的影响。因此选择主变台数时.要确保供电的可釜性。为了提岛供电的可靠性，防止因一

5、台主变故障或检修时影响整个变电站的供电.变电站中一般装设两台主 变圧器c70%. 能保证正常供电，故可选择两台主变压器。第二节主变压器容虽的选择主变压器容虽一般按变电站建成后5-10年规划负荷选择.并适十考虑到远期10-20il及过负荷能力的允许时间内.应保证用 户的一级和二级负荷.对一般性变电站为一台主变圧器停用时，其余变圧器容量应能保证全部负荷的 70-80%c该变电站的主变圧器是按全部负荷的70%來选择因此装设两台变压器后的总的容址为 ZSe=2x0.7xPm=1.4Pmo 一台变压器停运时.可保证对70%负荷的供电。考虑到变压器的爭故过负荷能力 为30%.则可保证98%负荷供电。I対为

6、该变电站的电源引进线是110RV侧引进，而岛圧侧HOkV母线负荷 不需要经过主变倒送，因此主变压器的容址为Se=0.7So （S为10kV侧的总负荷）。1. 10kV側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,主变容虽按10kV 侧总负荷的70%來选择.四期负荷为9.5兆瓦。S 三=P 三，cos4>=25.1608=31.45 （MVA）S 四=P W cos4>=9.5/0.8=l 1.875 （MVA）总容址达43.325 MVA,S 总=S 总x70%73325x70%=303275 （MVA）主变容量选择因此选择2台31.5

7、兆伏安主变可满足供电要求：选择主变型号为：SFZ11-315OO/11O容量比（耐低%）： 100/100电压分接头：110±4xl.25%/10.5kV阻抗电压（高低）：10.5%联结组别：YN, dll第三节主变圧器形式的选择（1）主变相数的选择运输重量不超过桥梁、 午辆、船紡等运输匸具的允许承载能力X不受运输条件限制时.在330kV及以下的变电站均应选用三相 变斥器c木次设汁的变电站是一个江西洪都钢厂llOkV变电站.位于市郊，交通便利.不受运输条件限制，故可 选择三相变斥器，减少了占用稻El、丘陵的面积：而选用収相变压器相对來讲投资大，占地多，运行损耗 大，同时配电装迓以及继

8、电保护和二次接线比较复杂，増加了维护及倒闸操作的匸作址。（2）主变调压方式的选择变斥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來实现的。切换方式有两砒 不带电切换称为无激磁调压.调整范碉通常在±5%20%o对于llOkV的变压器.有戦调压较容易稳定电压，减少电斥波动所以选择有载调斥方式，且规 程上规定对电力系统一般婆求10kV及以下变电站采用一级有载调斥变斥器。所以木次设计的变电站选择 有载调压方式。（3）连接组别的选择变圧器绕组的连接方式必须和系统电圧相位一致.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110RV及以上电压，变斥器绕组都采用Y

9、0连接.35kV变圧器采用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.但是由干全星形变压器三次谐波无通路因此将引起正弦波电圧的畸变，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敬度均有影响。如果影响较大.还必须综合考虑系统发展 才能选用。采用接线可以消除三次谐波的影响。木次设计的变电站的两个电压等级分别为:HOkV. 10kV.所以选用主变的接线级别为YN, dll接线方 式。（4）容虽:比的选择根据原始资料可知.HOkV侧负荷容量与10

10、kV側负荷容址一样大，所以容址比选择为100/100o（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（小容虽变压器）、强迫油循环风冷却（大容虽变圧器入强迫汕 循环水冷却.强迫导向油循环冷却°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容虽比（耐低%）： 100/100电压分接头:110±4xl.25%/10.5kV阻抗电压（高低）：10.5%联结组别：YN, dll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汁的首耍部分.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 及变电所木身运行的可靠性.灵

11、活性和经济性密切相关，并且对电气设备选择配电装宜布宜.继电保护 和控制方式的拟订有较大影响。因此必须正确处理好各方浙的关系，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讣依据：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木要求。（I）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.停电数目的女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。

12、切除故障停电时间昴短、影响范困最小，并且再检修在检修时可以保证检修人 员的安全。（3）操作应尽可能简取.方便。（4）经济上合理。（5）应具有扩建的可能性。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4llOkV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HOkV. 10kV侧接线方式进行选择。一、llOkV 侧。llOkV侧进线2回，选用以下几种接线方案：（1）笊母线分段接线。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）带旁路

13、母线的讥母线分段接线。母线分段后提高J'（3）采用也母线分段接线投资较少.但可靠性相对较低，、”I“I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俅线接线方式，任一回路断路器故障检修时，该回路都不需停电.供电可 靠性比爪母线分段接线强。在木站设讣中.由于llOkV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 整性。而且从操作简便性和投资节约性的角度來考世.宜采用爪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配电装宜中它基木可以满足可

14、崟性要求。（2）单母线分段帶旁路母线.这种接线方式虽然提高了供电可靠性，但增大了投资。采用讥僚线分段接线亦可满足供电可釜性的要求.且节约了投资。因此.10kV侧采用"I母线分段接线。 第三章短路电流计算在电力系统中运行的电气设备.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C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。所谓短路是抬一切不属于正常运行的相与相之间或相与地之间（对干中性点 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

15、路和单相接地短路。在各 种类型的短路中，单相短路占女数，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）來计算短路电流，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il算的目的在发电厂和变电站的设讣中.短路汁算是其中的一个重要环节。其计算的目的主婆有以下几个方倆：（1）电气主接线的比较。（2）选择导体和电器。（3）在设il屋外商型配电装宜时.需婆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il算时，需以各种短路时的短路电流为依据。（5）接地装宜的设汁，也需要用短路电流。二. 短路电流讣算条件lx基木假定（1）正

16、常丄作时，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利低压网络的短路电流外元件的电阻都略去不计：（7）元件的汁算参数均取其额定值.不考虑参数的误差和调整范用：（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.应根据木匸程设计规划容虽汁峯 并考虑远景的发展讣划：（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界步电动机的影响和电 容补偿装亘

17、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讣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）第四草电气设备的选择第一节导体和电气设备选择的一般条件c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，但对它们的具体婆求是一样的。 电气设备要能可靠的匸作，必须按正常工作条件选择，并按短路状态來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埋：4、选择导体时应尽虽减少品种：5、扩建匸程应尽址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

18、并经正式鉴定合格。二、技术条件选择的岛压电器，应能在长期匸作条件下和发生过电斥、过电流的情况下保持正常运行。1. 长期工作条件（1）电压选用电器允许最岛工作电圧Uymax不得低于该回路的最高运行电压Ugmax,即：Uymax>Ugmax（2）电流选用的电器额定电流le不得低干所在回路在各种可能运行方式下的持续工作电流Ig即：Idlg由于变斥器短时过载能力很大.双回路出线的1：作电流变化幅度也较大，故其讣算工作电流应根据实际需 嬰确定。2. 短路稳定条件（1）校验的一般原则 .电气设备在选定后按最大可能通过的短路电流进行动.热稳定校验，校验的短路电流一般取三相短路时的短路电流。 、用熔断器

19、保护的电器可不验算热稳定。 .短路的热稳定条件Qr>Qd 或 Drt>I2xtdz式中Qd在计算时间tjs秒内，短路电流的热效应（k2A-s）IrT秒内设备允许通过的热稳定电流有效值（kA）卜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讣算时间卵按下式讣算：tjs=lb+td式中继电保护装迓后备保护动作时间（s）id-断路器全分闸时间（s） .短路动稳定条件ich<idfIch<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（kA）3绝缘水平在工作电压和过电压的作用下电器内、外绝缘保证必要的可靠性。

20、电器的绝缘水平，应按电网中出现的 各种过电压和保护设备相应的保护水平來确定。、"|所选电器的绝缘水平低于国家规定的规范数值时应通 过绝缘配合计算，选用适当的过电压保护设备。三、环境条件按照规程规定.普通岛压电器在环境最岛温度为+409时.允许按照额定电流长期工作° X电器安装点的环 境温度高于+40C时.每増加1C建议额定电流减少1.8%： 低于+40C时，每降低1C,建议额定电流増 加0.5%,但总的増加值不得超过额定电流的20%o第二节断路辭的选择电力系统中，I析路器具有完善的灭弧性能由于SF6断路器灭弧性能可靠，维护匸作虽小，故HOkV 一般采用SF6短路器°

21、;1 按开断电流选择。禹压断路器的额定开断电流I亡kdNlz （岛压断路器触头实际开断瞬间的短路电流周期分 虽有效值）。2短路关合电流的选择。断路器的额定关合电流ieg应不小于短路电流最大冲击值iej。UP ieg>icj3开关合闸时间的选择。开关合分闸时间对于HOkV以上的电网J电力系统稳定婆求快速切除故障，分闸 时间不宜大于0.04-0.06So计算过程见计算说明书附录3第三节隔离开关的选择隔离开关的配宜：1. 断路器的两侧均应配宜隔离开关，以便在断路器检修时形成明显的断口与电源隔离。2中性点直接接地的普通变压器.均应通过隔离开关接地。3在母线上的避宙器和电压互感器，宜合用一组隔离开

22、关.为了保证电器和母线的检修安全，每段僚线上宜装设1-2组接地刀闸。4.接在变压器引出线或中性点的避宙器可不装设隔离开关。5比馈电线路的用户侧没有电源时断路器通往用户的那一侧可以不装设隔离开关。但为了防止宙电过电 压，也可以装设。心算过程见讣算说明书附录4 |第四节高压熔断器的选择1. 额定电压选择。对于一般商压熔断湍.其额定电压要大于或等于电网额定电压，另外.对于填充石英沙 用限流作用的熔断器，则只能用于其额定电网电压中，因为这种类型的熔断器能在电流达到最大值之前就 将电流切断.致使熔断器熔断时产生过电压。2. 额定电流选择。熔断器的额定电流选择，为J'保证熔断器不致损坏.商压熔断器

23、的熔断额定电流Ierg 应大于或等于熔体的额定电流Iert3熔断器开断电流检验 IekdNcj对于保护电力互感器的商斥熔断器只需按规定电圧及断流量來选择。第五节互感器的选择互感器作用：1将一次回路的岛电压和大电流变为二次回路的规范的低电压和小电流。2. 将二次设备和舟压部分隔离，且互感器二次侧均接地，从而保证了设备和人生安全。电流互感器的特点：1. 一次绕组串联在电路中并且匝数少，故一次绕组中的电流完全取决于被测电路的负荷电流，而与二次 电流大小无关。2. 互感器二次绕组所接仪表的电流线圈阻抗很小，所以在正常情况下，电流互感器在近于短路的状态下运 行。电斥互感器的特点：1. 容址很小，结构上要

24、求有较高的安全系数。2. 二次侧所接仪表和继电器的电圧线圈阻抗很小，互感器在近于空载状态下运行。电压互感器的配宜原则： 应满足测虽.保护、同期和自动装宜的要求：保证在运行方式改变时.保护装宜不失圧同期两侧都能方 便的取斥。电流互感器的配宜原则：每条支路的电源都应装设足够数址的电流互感器，供支路测虽、保护 使用。一. 电流互感器的选择1. 电流互感器由于木身存在励碗损耗和磁饱和等影响，使一次电流II与122. 额定容址。保证互感湍的准确级.互感器二次侧所接负荷S2应不大干该准确级所规定的额定容虽Se2 即：Se2>S2=De2Z2f Z2frg+rj+rd+re（Q）ry-测量仪表电流线圈

25、电阻rj-继电湍电阻rd-连接导线电阻re-接触电阻.一般収0.1Q3按一次回路额定电压和电流选择X电流互感器用于测虽时.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，以保证测址仪 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：Ue>Uew Iel>Iginax为了确保所供仪表的准确度互感器的匸作电流应尽量接近此额定电流。Uev-电流互感器的一次所在的电网额定电圧Ue、Iel电流互感器的一次额定回路辰大动作电流4.热稳定校验。电流互感器常以允许通过一次额定电流Iel的倍数Kr故热稳定应按下式校验：（Krlel） 2>I2x

26、tdz5动稳定校验。电流互感器常以允许通过一次额定电流垠大值（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。在满足额定容虽的情况下，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（1.1-0.9） Ue范围内变动.2. 按二次回路电压选择。电压互感器的二次侧额定电压应满足保护和测虽使用规范,仪表的要求.3按容虽的选择互感

27、器的二次容虽（对应所要求的准确级）Se2应不小于互感器的二次负荷S2即:Se2>S2o 1. llOkV侧电压互感器（1）母线侧电压互感器选用JDCF-11O型电压互感器，它是单相、四绕组、串级式绝缘、陶瓷分、冽式（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.电能测虽和继电保护用。其初级绕组额定电圧为110/k次级绕组额定电压为0.1/kV剩余电压绕组100V。测虽用准确级为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250VA。（2）llOkV输电线路侧电压互感器.采用TYD型讥相电容

28、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侧电圧互感器10kV侧电乐互感淤采用JDZXF-12型电压互感器0.2讣址用，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lOOVAo计算过程见il算说明书附录6第六节母线的选择（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増加电路的短路阻抗，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

29、1631.5kA以便采用ZN28型真空断路器，并且使用的电缆截面不至干过大，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湍或分裂电抗器：（3）采用分裂变乐器：（4）出线上装设电抗器（10kV侧短路电流很大.采用其他限流腊施不能满足要求时普通电抗器的额定电流选择：站用电接线一般原则：低乐10kV母线采用分段母线分别向两台所用变压器提供电源.一般采用一台丄 作变压器接一段母线.两台站用I：作变压器互为备用（每台变圧器容虽及空号相同）.以获得较商的可靠性。 站用变斥器容虽的选择：站用变斥器负荷计算采用核算系数法，不经常运行及不经常连续运行的负荷均可不列入汁算负荷.为有备 用站用变压器时，其