110kv变电站设计论文

1、 电气工程课程设计说明书110KV变电所设计设计完成日期：2012年1月10日目 录1 设计任务书··········································

2、;···················（3）2 变压器的设计·····························

3、····························· （4）2.1 主变压器的选择··················

4、83;·································（4）2.2 所用变压器的选择··············

5、···································。（5）2.3 电气主接线的设计············&#

6、183;····················· ·············。（5）2.4 10KV侧电气主接线的选择···········

7、3;·········· ···················（6）2.5 110KV侧电气主接线的选择·················

8、····· ···················（6）2.6 变电所的无功补偿·······················&#

9、183;·········· ···············（7）3 短路电流计算······················&#

10、183;································。 （8）3.1 短路电流计算方法与步骤··············

11、············ ·················（8）3.2 短路电流计算结果表··················&

12、#183;·····························（9）3.3 短路电流汇总表··················

13、;································ （10）4 潮流计算················

14、············································· （10）4.1 变电所的潮流计算··&

15、#183;············································· （11）4.2 功率分布表··

16、;··················································

17、;··· （14）4.3 电压平衡计算············································&#

18、183;········ （15）5 变电所的调压计算·······································

19、;············· （15）5.1 变压器低压母线的调压计算·································&#

20、183;····· （15）6 主要电气设备的选用·········································

21、3;········· （16）6.1 选择各电压等级的电气设备·····································&

22、#183; （17）6.2 各电气设备的主要参数······························ ··············（17）7 配置变压器

23、的主保护和后备保护········································· （18）7.1 变电所的主保护·····

24、;···········································。 （18）7.2 变电所的后备保护····

25、;············································ （21）1. 附录1短路电流的计算及程序说明··

26、··························· ········（22）2. 附录2主接线图 ············&#

27、183;································· ········ （25）3. 参考文献······&

28、#183;·················································&

29、#183;····· （25） 一 设计任务书1. 系统接线示意图：发电厂G系统S110KV 110KVV110KV变电所A10KV出线2. 发电厂参数：2×25MW发电机，10KV负荷（包括厂用电）10条出线共20MW，。110KV有4条出线，其中2条与变电所A110KV母线相连，另外2条与系统相连。3. 系统参数：，（基准容量为100MVA），。系统正、负序电抗相等。4. 线路：AG长12Km,，SA长14Km，SG12Km。5. 以上提供的各参数均为最大值，最小值为其70%6. 电网运行方式为SA开路运行。7. 设计内容：变电所

30、1）设计变电所的主接线，选择主变的型号；2）选择短路点计算三相对称短路电流和不对称短路电流并汇总成表；3）变电所的潮流计算；4）变电所的调压计算；5）选择各电压等级的电气设备（断路器、隔离开关、母线、电流互感器、电压互感器）并汇总成表；配置变压器的主保护和后备保护；8. 设计时间：两周9. 设计成果：设计说明计算书一份；1号图纸一张。二 设计说明书 2变压器的设计 2.1主变压器的选择 主变压器台数的选择 据资料分析以及线路来看，为保障对、类负荷的需要，以及扩建的可能性，至少需要安装两台主变以提高对负荷供电的可靠性，以便当其中一台主变故障或者检修时，另一台能继续供电约为1.2倍最大负荷的容量。

31、 主变压器的容量的选择 近期负荷： PM=20 MW 用电负荷的总视在功率为 SMSM =PM /COS=20/0.8=25 MVA主变压器的总容量应满足：SnKSM /S=0.9×25/0.95=23.68MVA (K为同时率，根据资料取0.9,线损5%)满载运行且留裕10%后的容量：S = Sn/2 ×（1+10%）=23.68/2×1.1=13.03 MVA变电所有两台主变压器，考虑到任意一台主变停运或检修时，另一主变都要满足的量: Sn23.68×70% =16.576 MVA所以选每台主变容量：Sn=16.576 MVA为了满足系统要求，以及通

32、过查表，确定每台主变的装机容量为：25MVA总装机容量为×25MVA=50MVA 主变压器型式的选择绕组的确定：该变电所只有两个电压等级（110KV和10KV），且自耦变压器一般用在220KV以上的变电所中，所以这里选择双绕组变压器。绕组接线方式的选择：变压器绕组的连接方式必须和系统电压的连接方式相位一致，否则不能并联运行。我国110KV及以上变压器绕组都选用Y连接，35KV及以下电压，绕组都选择连接方式，所以该变电站的两台主变，高压侧（110KV）采用Y连接，低压侧(10KV)采用连接方式。根据110KV变电所设计指导，以上选择符合系统对变电所的技术要求，两台相同的变压器同时投入时

33、，可选择型号为SFSZ7-25000/110的主变，技术参数如下：型号额定容量(KVA)额定电压(KV)连接组标号空载损耗（KW）负载损耗(KW)空载电流(%)阻抗电压(%)高中高低中低高压中压低压SFSZ7-25000/110250001108×1.25%38.52×2.5%10.5YN,yn0,D1142.31481.410.517186.52.2所用变压器的选择变电所的所用负荷，一般都比较小，其可靠性要求也不如发电厂那样高。变电所的主要负荷是变压器冷却装置、直流系统中的充电装置和硅整流设备、油处理设备、检修工具以及采暖、通风、照明、供水等。这些负荷容量都不太大，因此变

34、电所的所用电压只需0.4KV一级，采用动力与照明混合供电方式。380V所用电母线可采用低压断路器（即自动空气开关）或闸刀进行分段，并以低压成套配电装置供电。本变电所所用容量为100KVA，选用两台型号为S9-100/10的三相油浸自冷式铜线变压器，接入低压侧,互为暗备用。参数如下表：表2.2 站用电变压器参数表产品型号额定容量 (KVA)高压侧 (KV)低压侧(KV)接线组方式短路损耗(W)短路电压(%)空载损耗(W)空载电流(%)S9-100/10100100.4Y,yn0150042901.61.21所用变压器低压侧接线所用电系统采用380/220V中性点直接接地的三相四线制，动力与照明合

35、用一个电源，所用变压器低压侧接线采用单母线分段接线方式，平时分裂运行，以限制故障范围，提高供电可靠性。380V所用电母线可采用低压断路器（即自动空气开关）或闸刀进行分段。2.3电气主接线的设计发电厂、变电站主接线须满足以下基本要求：（1）运行的可靠断路器检修时是否影响供电；设备和线路故障检修时，需要停电的用户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的安全。（3）操作应尽可

36、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、电网的结构等2.31 10KV侧

37、电气主接线的选择10KV侧接线方式选择，我们要选择占地和资金少的线路，但是必须在保障安全，灵活的前提下，资金和占地相差不是多，而安全性和灵活性提高很多。可见，变电所在10KV侧为居民供电系统中，应该选择单母线分段接线。2.32 110KV侧电气主接线的选择110kv侧的接线方式，因为负荷比较重要应选择双母带旁路的接线方式。2.4 变电所的无功补偿因本站有许多无功负荷，为了防止无功倒送也为了保证用户的电压，以及提高系统运行的稳定性、安全性和经济性，应进行合理的无功补偿。无功补偿应根据分散补性质测定。根据电力系统电压质量和无功电力管理规定的要求，在最大负荷时，一次侧不应低于0.9。电力工程电力设计

38、手册规定“对于35-110KV变电所，可按主变压器额定容量的10-30%作为所有需要补偿的最大容量性无功量，地区无功或距离电源点接近的变电所，取较低者。地区无功缺额较多或距离电源点较远的变电所，取较低者，地区无功缺额较多或距离电源点较远的变电所取较高者。无功补偿容量：QP（ tan-tan）P 有功计算负荷（MW）tan 补偿前用电单位自然功率因数角正切角tan 补偿后用电单位功率因数角正切角P=0.8*20（1+0.05）=16.8MWQc= P( tan- tan）=16.8*（0.2/0.8-0.1/0.9）2.33MVar选用1台5MVar并联电容器在10kv2段母线上进行无功补偿。无

39、功补偿并联电容器的选择如表：表3.3型号额定电压/KV额定容量/KVar连接方式配套电容器额定电压/KV额定容量/KVarTBB10-5000AK105000Y11/334根据设计规范，自然功率应未达到规定标准的变电所，应安装并联电容补偿装置，电容器装置应设置在主变压器的低压侧或主要负荷侧，电容器装置宜用中性点不接地的星型接线。 2.5架空线路的确定 (1)确定导线规格，采用架空线路，LGJ导线 根据 线路的容量，导线经济截面积，机械强度，电压损耗 LGJ-150导线符合要求。 SA SG GA回路均选用导线2回LGJ-150。母线的选择 主母线选择方形铜芯硬母线， 分支母线，接地母线选择铝线

40、三短路计算3.1 短路电流计算方法与步骤3.11方法在工程设计中，短路电流的计算通常采用实用运算曲线法。3.12短路电流计算的步骤1 选择计算短路点；2 画出等值网络（次暂态网络）图a. 首先去掉系统中的所有负荷分支、线路电容、各元件的电阻，发电机用次暂态电抗Xd”；b. 选取基准容量Sj和基准电压Uj（kV）（一般取各级的平均电压），计算基准电流Ij= Sj/3Uj（kA）；c. 计算各元件换算为同一基准值的标么电抗；d. 绘制等值网络图，并将各元件统一编号，分子标各元件编号，分母标各元件电抗标么值；3 化简等值网络图a. 为计算不同短路点的短路电流值，需将等值网络分别化简为以短路点为中心的

41、辐射形的等值网络；b. 求出各电源与短路点之间的电抗，即转移电抗Xnd；4 求计算电抗Xjs，即将各转移电抗换算为各电源容量（等值发电机容量）为基准的计算电抗Xjs1，Xjs2；5 由Xjs1，Xjs2值从适当的运算曲线中查出各电源供给的短路电流周期分量标么值（运算曲线只作到Xjs=3）；6 计算无限大容量（Xjs3）的电源供给的短路电流周期分量；7 计算短路电流周期分量有名值和短路容量；8 计算短路电流冲击值；9 绘制短路电流计算结果表。3.2三相短路电流计算过程(附录1)3.3选择短路点计算三相对称短路电流和不对称短路电流并汇总成表电路系统图 S Xs=0.8 12km x6 2*31.5

42、MVA Ud%=10.5 X5 X3 X1 X4 X214km X7 x8 12km 2*25MW cos=0.8 Xd=0.13115kv D1 X8 x9 10.5kv D23.4以SB=100MVA 作为基准值 UB=Uav 发电机：x1*=x2*=xd#*SB/SE=0.13*1000/（25/0.8）=0.416变压器：x3*=x4*=Ud%/100*(SB/Se)=10.5/100*(100/31.5)=0.333 X8*=x9*= Ud%/100*(SB/Se)=10.5/100*(100/25)=0.42架空线：x6*=12*0.416*（100/1102）=0.04 X7*=

43、14*0.416*（100/1102）=0.05 X8*=12*0.416*（100/1102）=0.04系统S：x5*=Xs*=0.8电网运行方式为SA开路运行3.41 S点短路 1.48s 0.8 0.015 0.387 50 0.86 0.225 22.19 3.42 G1 G2 点短路 0.188 0.079 G1S 0.8 0.015 0.012 0.015 0.079 G2 0.225 0.213.4310kv侧短路 2.6 S 0.815 0.387 50 1.51 0.225 0.72 10.5kv3.44 110kv侧短路 21.57 S 0.815 0.387 50 0.8

44、63 0.015 0.397 115kv3.5短路电流汇总表短路电流汇总表0S短路电流计算：短路点短路支路基准容量（MVA）基准电压(KV)基准电流(KA)转移电抗（标幺值）计算电抗（标幺值）短路电流（标幺值）短路电流(KA)短路容量(MVA)发电机G11001100.5250.1880.7494.870.2345.324.5264.277814.88发电机G21001100.5250.1880.7494.870.2345.324.5264.277814.88系统S1001100.5250.81.4820.70.9251.251.1531.034197.0变电所110kv侧1001150.50

45、20.8630.39722.340.251.164.1781.893377.0610kv侧10010.55.51.510.7239.080.450.662.41111.91216.6S短路电流计算：短路点短路支路基准容量（MVA）基准电压(KV)基准电流(KA)转移电抗（标幺值）计算电抗（标幺值）短路电流（标幺值）短路电流(KA)短路容量(MVA)发电机G11001100.5250.1880.7494.870.2345.322.8163.716707.99发电机G21001100.5250.1880.7494.870.2345.322.8163.716707.99系统S1001100.5250

46、.81.4820.70.9251.251.0470.999190.34变电所110kv侧1001150.5020.8630.39722.340.251.162.6931.427284.2910kv侧10010.55.51.510.7239.080.450.661.87910.09183.5S短路电流计算：短路点短路支路基准容量（MVA）基准电压(KV)基准电流(KA)转移电抗（标幺值）计算电抗（标幺值）短路电流（标幺值）短路电流(KA)短路容量(MVA)发电机G11001100.5250.1880.7494.870.2345.322.6383.658696.94发电机G21001100.525

47、0.1880.7494.870.2345.322.6383.658696.94系统S1001100.5250.81.4820.70.9251.251.1341.028195.86变电所110kv侧1001150.5020.8630.39722.340.251.162.5511.383275.4710kv侧10010.55.51.510.7239.080.450.661.89910.16184.78四潮流计算4.1变电所的潮流计算变电所的潮流计算线路参数导线型号线路参数(km)11214LGJ-150r=0.21x1=0.416b1=2.74*10-6Qc1=b1* UN2=0.031MvarR

48、=2.52X1=4.992Qc1=0.396MvarR=2.94X1=5.824Qc1=0.462Mvar变压器参数变电所A变压器名牌数据 Ps=148kw P0=42.3kwUs%=10.5I0%=1.4Sn=25000KA110±8*1.25%参数计算 1102*148 RT=1.43 2*252*103 1102*10.5 XT=25.41 2*25*100 S0=0.0846+j0.4MVA网络的等值电路LGJ-15012KM 110KV 12KM 系统SUG=118kv 14KM 110KV发电厂G 110KV变电所A 2*25(MVA) 110/11KV 电网运行方式为S

49、A开路运行12km 12kmA G S 2.52+j4.992 2.52+j4.992 A G S0.0846+j0.4 118kvMVA -j0.198mvar j0.198 -j0.198mvar -j0.198 1.43+j25.41 j96.8 20+j5MVA 10+j1.76Ps=2*25-20-20=10MW Qs=10/0.85*0.15=1.76Mvar Ss=Ps+Qs=10+j1.76MVA变电所A和系统S的负荷计算内容变电所A系统S低压侧负荷20+j510+j1.76变压器阻抗中的功率损耗202+52*(1.43+j25.41)=0.05+j0.89 1102 J0.8

50、25变压器环节首段功率20.05+j5.8910+j2.58变压器导纳中的功率损耗0.0846+j0.4-j0.198A点负荷20.13+j6.2910.022+j2.2284.2功率分布的计算计算内容有功功率（MV）无功功率（Mvar）S点负荷功率102.58Gs线路末端电容功率0-0.198Gs线路环节末端功率102.382Gs线路阻抗中功率损耗0.0220.044Gs线路环节首段功率10.0222.426Gs线路首段电容功率0-0.198电源点G送出的功率10.0222.228A点负荷功率20.136.29As线路末端电容功率0-0.198As线路环节末端功率20.136.092As线路

51、阻抗中功率损耗0.0920.182As线路环节首段功率20.2226.274As线路首段电容功率0-0.198电源点G送出的功率20.2226.076电源点G总功率30.2448.3044.3电压平衡计算计算内容计算结果电源点G的电压GS线路阻抗中的电压降落S点电压Ug=118 30.244*2.52+8.304*4.992Ugs=- 118=0.99730.244*4.992-8.304*2.52§Ugs=- 118=1.102Us=118-0.997-j1.102=117.01-0.53电源点G的电压GS线路阻抗中的电压降落A点电压Ug=118 30.244*2.52+8.304

52、*4.992Ugs=- 118=0.99730.244*4.992-8.304*2.52§Ugs=- 118=1.102Ua=118-0.997-j1.102=117.01-0.53五变电所的调压计算5.1变压器的调压计算ZT=1.43+j25.41 Smax=20+j5(MVA)Smin=70%* Smax=14+j3.5(MVA)110±8*1.25%/11(kv)在最大负荷时U1tmax=112kv在最小负荷时 U1tmin=113kv5.2（1） 功率分布与电压损耗计算5.21 1变压器阻抗中的功率损耗 Pmax2+Qmax2 (202+52)*(1.43+j25.

53、41) STmax=*(RT+jXT)= =0.05+j0.89MVA UN2 1102 Pmin2+Qmin2 (142+3.52)*(1.43+j25.41) STmin=*(RT+jXT)= =0.025+j0.438MVA UN2 11022变压器环节首段的功率S1max = Smax+ STmax =20.05+j5.89MVAS1min = Smin+ STmin= 14.025+j3.938MVA3变压器阻抗上的电压损耗 Pmax*RT+Qmax*XT 20.05 *1.43+5.89*25.41 UTmax= =1.59kv UN max 112 Pmin*RT+Qmin*XT

54、 20.05 *1.43+5.89*25.41 UTmin= =1.06kv Umin 1125.22（2）计算分接头电压 U1max- UTmax 112-1.59 U1tmax =*U2N = *11=118.49kv Umax 10*1.025 U1min- UTmin 113-1.06 U1min =*U2N = *11=114.54kv Umin 10*1.075U1tav=0.5*( U1tmax + U1min)=116.52kv选用最接近的标准分接头电压U1t0=117.5kv5.23（3）校验1变压器低压母线的实际运行电压 U1max- UTmax 112-1.59 U2ma

55、x =*U2N = *11=10.34kv U1t0 112 U1min- UTmin 113-1.06 U2min =*U2N = *11=10.48kv Umin 1132变压器低压母线的电压偏移 10.34-10 M2max =*100%N = 3.4%>2.5% 10 10.48-10 M2min =*100%N = 4.8%<7.5% 10 可见，变压器低压母线的运行电压能满足顺调压的要求，故所选用分接头是合适的。六电气设备的选用6.1选择各电压等级的电气设备（断路器，隔离开关，母线，电流互感器，电压互感器，）并汇总成表电气设备总表电压等级设备型号10kv110kv断路器

56、ZN28-10 630A/20KALW6-110L-31503150/40KA隔离开关GN19-10C 630AGW13-110电流互感器LZZBJ6-10 100/5A0.2/0.5/10PLRD-110-200/5B/B/B/0.5电压互感器JSJW-10JDCF-220WB避雷器Y5WZ-17/45Y10W-100/200电缆YJV22-8.7/10 3*120YJLW02-Z铜芯电流互感器LXK-120零序电流LZZJB6-10母线LMY-63*6.3母排QLFM-10000/20熔断器RN2-10RW5-35刀开关HD14HD146.2主要电气设备的选择110KV 侧断路器和隔离开关

57、表5-1 断路器LW6-110参数表断路器型号额定电压（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）（4S）LW6-110110630164016 表5-2 隔离开关GW13-110参数表隔离开关型号额定电压（KV）额定电流（KA）动稳定电流(KA)（4S）额定短路电流峰值(KA)GW13-110110630165510KV 侧断路器和隔离开关 表5-3 真空断路器ZN28-10参数表电压等级型号额定电压额定电流 （KA）额定关合电流（KA） 动稳定电流10kVZN28-1012KV2000A50140140kA表5-4 隔离开关GN19-10C630A参数表隔

58、离开关型号额定电压（KV）额定电流（KA）动稳定电流(KA)热稳定电流(KA)（10S）GN19-10C630A106305220母线的选择表5-5 110KV线路LGJQ-185/25参数表线路型号集肤效应Kf长期允许载流量（A）半径(cm)电抗（/KM）LGJQ-185/2515051.840.416表5-6 10KV矩型铝母线参数表截面尺寸mm条数母线截面mm2集肤效应系数容许电流A放置方式hb330001.73284平放高压熔断器 表5-7 高压熔断器RN2-10参数表型号额定电压（KA）熔断器额定电压（A）额定电流（A）RN2-1010 7510表5-8 电流互感器LRD-110-2

59、00参数表设备 项目LRD-110-200产品数据计算数据UeUew110KV110KVIeImax600A347AKdIe ich42.5KA10.9KA(KrIe)2×1Qd2025KA2·S1208.6KA2·S表5-9 电流互感器LZZBJ6-10参数表设备 项目LZZBJ6-10产品数据计算数据UeUew10KV10KVIeImax4000A3820AKdIe ich360KA94.1KA(KrIe)2×1Qd40000 KA2·S1470.5 KA2·S表5-10 电压互感器参数表位置型号额定电压/(KV)二次绕组准确级额

60、定输出/(VA)110KV侧JDCF-220WB/测量0.5300保护3P300剩余3P15010KV侧JSJW-1010/0.1测量0.5120保护3P七配置变压器的主保护和后备保护7.1主变压器两端加的主保护（过流保护，差动保护，过压保护）7.11主保护配置1）比率制动式差动保护。中、低压变电所主变容量不会很大，通常采用二次谐波闭锁原理的比率制动式差动保护。2）差动速断保护。3）本体主保护。本体瓦斯、有载调压重瓦斯。对于中性点接地的变压器，除上述保护外应考虑设置接地保护。7.12过电流保护使用条件：过电流保护宜用于降压变压器。安装地点：电源侧。动作电流确定：最大电流确定：（并列变压器）降压变压器：保护灵敏度2、复合电压起动的过电流保护3、零