电气主接线设计论文

1、第一章 设计要求及任务1.1目的要求通过本设计，进一步熟悉变电站的相关知识。并且，随着国内经济的发展和相关科学技术的进步，国家电网的规划日渐成熟，与此同时带来一个关键性问题：越来越多的相关工作人员对变电站，尤其是对输电技术低端110/35/10Kv 降压变电站电气设计部分概念模糊，难以掌握其设计步骤。本次设计依据110kv 变电站设计要求，针对主电路部分给出较为详细的设计步骤，以填补现阶段该方面的知识空白。1.2课程设计使用的原始资料（数据）及设计要求原始资料（二）变电站环境条件气象条件：（1）最热月平均最高温度35；（2）土壤中0.71 米深处一年中最热月平均温度为20；（3）年雷暴日为31

2、天；（4）土壤冻结深度为0.75米；（5）夏季主导风向为南风。地质及水文条件：根据工程地质勘探资料获悉，厂区地质为耕地，地势平坦，地层为砂质粘土为主，地质条件较好，地下水位为2.85.3 米，抵制压力为20吨/平方米。（三）变电站负荷情况负荷分布如下表：负荷类别与变电站的距离（km）负荷（MW）工业负荷预制板厂58.8纺织厂911.7拖拉机厂79.2电缆厂620.6民用负荷民用152.2民用241.1民用351.2民用433.1民用525.1民用633.2民用740.6民用851.5民用920.8工业和民业用户同时系数均取0.75。设计要求该110 kV 变电站地处城市郊区，通过两条110 k

3、V 架空线与系统相连，其中一回距离本站50km，另一回距离变电站35km，线路阻抗为0.4/km。变电站分别用35kV和10kV向工业和民用负荷供电，35kV 和10kV 线路的功率因数都为=0.8。站用电为160kVA。供电系统在最大运行方式下三相短路容量为2200 MVA，最小运行方式下三相短路容量为1750MVA。电业部门要求110kV配出线路定时限过流保护装置的整定时间为2秒，变电站不应大于1.5秒。成果形式（1）设计说明书一份。（2）电气主接线图一张。（A3图样）第二章 主回路电气设计2.1 110kv变电站的技术背景近年来，我国的电力工业在持续迅速的发展，而电力工业是我国国民经济的

4、一个重要组成部分，其使命包括发电、输电及向用户的配电的全部过程。完成这些任务的实体是电力系统，电力系统相应的有发电厂、输电系统、配电系统及电力用户组成。110KV变电所一次部分的设计，是主要研究一个地方降压变电所是如何保证运行的可靠性、灵活性、经济性。而变电所是作为电力系统的一部分，在连接输电系统和配点系统中起着重要作用。2.2 负荷计算和分析要选择主变压器和站用变压器的容量，确定变压器各出线侧的最大持续工作流。首先必须要计算各侧的负荷，包括站用电负荷（动力负荷和照明负荷）、10 kV 负荷、35 kV 负荷和110 kV 侧负荷。 n由公式SC=Ktp/ (1+a%) i=1式中SC: 某电

5、压等级的计算负荷Kt:同时系数（35 kV 取0.9、10 kV 取0.85、35 kV 各负荷与10 kV 各负荷之间取0.9、站负荷取0.85）；%该电压等级电网的线损率，一般取5%；P、:各用户的负荷和功率因数。站用负荷的计算：Sn=0.85*0.16/0.85*(1+5%)=0.168MVA10KV负荷计算：民用总负荷为18.8MVA则10KV负荷为：S10KV=0.75*18.8/0.8*(1+5%)=18.506MVA35KV负荷计算：工用总负荷为50.3MVA则35KV负荷为:S35KV=0.75*50.3/0.8*(1+5%)=49.514MVA110KV负荷计算：S110KV

6、=0.9*（18.506+49.514）*（1+5%）+0.168=64.4469MVA2.3 主变压器的选择主变压器选择的要求主变台数确定的要求：（1）对大城市郊区的一次变电站，在中、低压侧已构成环网的情况下，变电站以装设两台主变压器为宜。（2）对地区性孤立的一次变电站或大型专用变电站，在设计时应考虑装设三台主变压器的可能性。考虑到该变电站为一重要中间变电站，与系统联系紧密，且在一次主接线中已考虑采用旁路呆主变的方式。故选用两台主变压器，并列运行且容量相等。主变压器容量的确定要求：（1）主变压器容量一般按变电站建成后510年的规划负荷选择，并适当考虑到远期1020年的负荷发展。（2）根据变电

7、站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站，应考虑当一台主变压器停运时，其余变压器容量在设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：对一般性变电站停运时，其余变压器容量在设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：对一般性变电站停运时，其余变压器变压器容量就能保证全部负荷的6070%。总容量为64.4469MVA，由于上述条件所限制，所以，两台主变压器应各自承担32.223MVA。当一台停运时，另一台则承担70%为45.113 MVA。故选两台63MVA 的普通三相三绕组主变压器就可满足负荷需求。变压器型号选择要求本次设计的变电所的三

8、个电压等级分别为110 kV、35 kV 和10 kV，如通过主变压器各侧绕组的功率均达到该变压器容量的15%以上或低压侧虽无负荷，但在变电站内需装设无功补偿设备时，主变压器采用三饶组。同时考虑到限制短路电流，所以选用“降压型”，并且选用阻抗较大，损耗较小的变压器；根据原始资料计算可知，35 kV 和10 kV 侧负荷容量都比较大，所以容量比选择为100/100/100，且调压方式为有载调压，采用强迫油循环风冷却方式综上所述，故选择主变压器型号SFSZ10-50000/110，其具体参数如下表： 变压器型号SFS-50000/110额定容量（KVA）50000额定电压110±2

9、15;2.5%连接组标号YN,yno,d11空载损耗（KW）39.6负载损耗（KW）212.5空载电流0.1短路阻抗（%）高中10.5高低17.5中低6.52.4 站用变压器的选择站用变压器容量选择的要求站用变压器的容量应满足经常的负荷需要和留有10%左右的裕度，以备加接临时负荷之用。考虑到两台站用变压器为采用暗备用方式，正常情况下为单台变压器运行。每台工作变压器在不满载状态下运行，当任意一台变压器因故障被断开后，其站用负荷则由完好的站用变压器承担。S=0.168/(1-10%)=0.1867MVA站用变压器型式选择要求：考虑到目前我国配电变压器生产厂家的情况和实现电力设备逐步向无油化过渡的目

10、标，可选用干式变压器。故选择的站用变压器型号为S9-200/10，变压器参数如下：型号电压组合连接组标号空载损耗负载损耗空载电流阻抗电压高压高压分接范围低压S9-200/1010;6.3;6±5%0.4Y,yn00.482.61.342.5 主接线的选择与设计 主接线的设计原则在进行主接线方式设计时，应考虑以下几点：（1）变电所在系统中的地位和作用（2）近期和远期的发展规模（3）负荷的重要性分级和出线回数多少对主接线的影响（4）主变压器台数对主接线的影响（5）备用容量的有无和大小对主接线的影响 主接线设计的基本要求主接线应满足可靠性、灵活性和经济性三项基本要素。可靠性：所谓可靠性是指

11、主接线能可靠的工作，以保证对用户不间断的供电，衡量可靠性的客观标准是运行实践。灵活性：主接线的灵活性有以下几方面的要求：(1)调度灵活，操作方便；(2)检修安全；(3)扩建方便。经济性: 可靠性和灵活性是主接线设计中在技术方面的要求，它与经济性之间往往发生矛盾，即欲使主接线可靠、灵活，将可能导致投资增加。所以，两者必须综合考虑，在满足技术要求前提下，做到经济合理,要满足这些要求：(1)投资省；(2)年运行费小；(3)占地面积小；(4)在可能的情况下，应采取一次设计，分期投资、投产，尽快发挥经济效益。考虑该变电站以后的发展，使变电站能扩建方便，同时考虑经济性和可靠性，本次设计110 kV 侧采用

12、单母线分段接线，35 kV 出线共4 回，所以决定采用单母线分段接线，10 kV出线共13 回，故选择单母线分段接线。2.6各级电压中性点运行方式选择中性点接地一般有三种方式：中性点直接接地，中性点高阻抗或经消弧线圈接地，中性点不接地。110KV采用中性点直接接地，35KV采用中性点经消弧线圈接地，由于10 kV 侧为三角形接线，所以不需要消弧线圈接地。第三章 短路电流计算3.1 短路简介短路是电力系统中最常见和最严重的的一种故障，所谓短路，是指电力系统正常情况以外的一切相与相之间或相与地之间发生通路的情况。引起短路的主要原因是电气设备载流部分绝缘损坏。引起绝缘顺坏的原因有：过电压、绝缘材料的

13、自然老化、机械损伤及设备运行维护不良等。此外，运行人员的误操作、鸟兽跨接在裸露的载流部分以及风、雪、雨、雹等自然现象均会引起短路故障。在三相系统中，可能发生的短路有：三相短路、两相短路、单相接地短路和两相接地短路。运行经验表明，在电力系统各种故障中，单相接地短路占大多数，两相短路较少，而三相短路的机会最少，但三相短路的短路电流最大，故障产生的后果也最为严重，必须给予足够的重视。因此采用三相短路来计算短路电流，并检验电气设备的稳定性。短路计算的目的短路电流计算的目的是为了选择导体和电器，并进行有关的校验。按三相短路进行短路电流计算。3.2 短路计算的一般规定（1）验算导体和电器的动、热稳定及电器

14、开断电流所用的短路电流、应按工程的设计手册规划的容量计算、并考虑电力系统510年的发展。（2）接线方式应按可能发生最大短路电流和正常接线方式，而不能按切换中可能出现的运行方式。（3）选择导体和电器中的短路电流，在电气连接的电网中，应考虑电容补偿装置的充放电电流的影响。（4）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，Id最大的点，对带电抗器的610kV出线应计算两点，电抗器前和电抗器后的Id。短路时，导体和电器的动稳定、热稳定及电器开断电流一般按三相电流验算，若有更严重的按更严重的条件计算。3.3 短路计算的方法对应系统最大运行方式，按无限大容量系统，进行相关短路点的

15、三相短路电流计算，求得I、ish、Ish值。I三相短路电流。 ish三相短路冲击电流，用来校验电器和母线的动稳定。Ish三相短路全电流最大有效值，用来校验电器和载流导体的的热稳定。3.4 短路电流的计算等值网络图如下：可能发生最大短路电流的短路电流计算点有3 个，即110 kV 母线短路（d1 点），35 kV 母线短路（d2）点，10 kV 电抗器母线短路（d3 点）。取SB=100MVA,UB=UavXT1=0.215XT2=0.005XT3=0.135XL1=0.106XL2=0.151XL=0.0623最大运行方式下系统阻抗标幺值Xsmax=0.0455最小运行方式下系统阻抗标幺值Xs

16、min=0.0571X=XL+Xs(1)d1点发生三相短路时，等值网络图如下： 最大运行方式下：X=0.0623+0.0445=0.1078I=9.276IB=0.502KA短路点的起始次暂态电流为：If=9.2760.502=4.657KA最小运行方式下：X=0.0623+0.0571=0.1194I=短路点的起始次暂态电流为：If=KA(2)d2点发生三相短路时，等值网络图如下：最大运行方式下：X=0.1078XT1+XT2=0.215+0.005=0.220X1=0.1078+0.2178I=IB=电路点起始次暂态电流为：If=最小运行方式下：X=0.1194X1=0.1194+I=If

17、=(3)d3点发生三相短路时，等值网络图如下：最大运行方式下：X=0.1078XT1+XT3=0.215+0.135=0.350X2=0.1078+I=IB=短路点的起始次暂态电流：If=最小运行方式下：X=0.1194X2=0.1194+I=短路点的起始次暂态电流为：If=第四章 变电站的设计4.1 变电站一次设备的选择与校验电气设备选择的一般条件 各种电气设备的功能尽管不同，但都在供电系统中工作所以在选择时必然有相同的基本要求。在正常工作时必需保证工作安全可靠，运行维护方便时，投资经济合理。在短路情况下，能满足动稳定和热稳定要求。（一）按正常工作条件，选择时要根据以下几个方面a.环境：产品

18、制造上分户内型和户外型，户外型设备工作条件较差，选择时要注意。此外，还应考虑防腐蚀、防爆、防尘、防火等要求。b.电压：选择设备时应使装设地点和电路额定电压UN小于或等于设备的额定电压UN.et，即：UN.etUN。但设备可在高于其铭牌标明的额定电压1015%情况下安全运行。c.电流：电气设备铭牌上给出的额定电流是指周围空气温度为时电气设备长期允许通过的电流，选择设备或载流导体时应满足以下条件：IN.etIg.max式中IN.et该设备铭牌上标出的额定电流.Ig.max该设备或载流导体长期通过的最大工作电流。目前我国规定电器产品的0=40，如果电气设备或载流导体所处的周围环境温度是1时，则设备或

19、载流导体允许通过电流IN.et可修为式中N、1分别为设备或载流导体的在长期工作时允许温度和实际环境温度。d.按断流能力选择：设备的额定开断电流Ico或断流容量SOC不应小于设备分断瞬间的短路电流有效值Ik或短路容量SK，即：IcoIk，SocSk。(二)按短路情况下进行动稳定和热稳定的校验a.按短路情况下的动稳定，即以制造厂的最大试验电流幅值与短路电流的冲击电流相比，且ietish。式中iet额定动稳定电流，用来表征断路器和承受短路电流电动力的能力，用来选择断路器时的动稳定校验。ish冲击电流。b.短路情况下的热稳定热稳定应满足 It短路电流瞬时值（kA）； t短路电流热效应计算时间（s）；时

20、间为短路电流周期分量；tjx短路电流的假想时间；tjxtjtdl0.05（s）； tj继电保护整定时间（s）；tdl断路器动作时间（s）； 0.05考虑短路电流非周期分量热稳定的等效时间。热稳定电流Ite是断路器能承受短路电流热效应的能力。按照国家标准规定，断路器通过热稳定电流在4s时间内,温度不超过允许发热温度,且无触头熔解和妨碍其正常工作的现象,则认为断路器是热稳定的。对电流互感器则满足下面的热稳定关系： 或 式中Kt由产品目录给定的热稳定倍数；IN1·TA电流互感器一次侧额定电流；t由产品目录给定的热稳定时间；tj短路电流的假想时间；Qd 热效应通常分为短路电流交流分量有关的热

21、效应Qp，和与直流分量有关的热效应Qnp两部分。高压隔离开关的选型 隔离开关的主要用途是保证高压装置中检修工作的安全，在需要检修的部分和其它带电部分之间用隔离开关形成一个可靠且明显的断开点，还可用来进行短路的切换工作。 离开关没有灭弧装置，所以不能开断负荷电流和短路电流，否则将造成严重误操作，会在触头间形成电弧，这不仅会损坏隔离开关，而且能引起相间短路。因此，隔离开关一般只有在电路已被断路器断开的情况下才能接通或断开。高压隔离开关的选择要考虑电压、电流、机械荷载等参数，及动稳定电流、热稳定电流和持续时间。隔离开关的型式，应根据配电装置的布置特点和使用要求等因素，进行综合技术经济比较后确定。互感

22、器的选型互感器是变换电压、电流的电气设备，是发电厂、变电站内一次系统和二次系统间的联络元件。互感器的主要用途是：（1）将测量仪表、保护电器与高压电路隔离，以保证二次设备和工作人员的安全。（2）将一次回路的高电压和大电流转换成二次回路的低电压和小电流，使测量仪表和保护装置标准化、小型化。电压互感器二次侧额定电压为100V，或V；电流互感器二次侧额定电流为5A或1A，以便于监测设备。 电压互感器电压互感器的配置原则是：应满足测量、保护、同期和自动装置的要求；在运行方式改变时，保证装置不失压、同期点两侧都能满方便地取压。通常如下配置：（1） 6220KV电压级的每组主母线的三相应装设电压互感器，旁路

23、母线则视各回路出线外侧装设电压互感器的需要而确定。（2） 需要监视和检测线路断路器外侧有无电压，供同期和自动重合闸使用，该侧装一台单相电压互感器，用与100%定子接地保护。（3）电机 一般在出口处装两组，一组（/Y接线）用于自动调整励磁装置，一组供测量仪表、同期和继电保护保护使用。（4）电压互感器型式选择 1.620kV配电装置一般采用油浸绝缘结构，在高压开关柜中或在布置地位狭窄的地方，可采用树脂浇注绝缘结构。当需要零序电压是，一般采用三相五住电压互感器。2.35110kV配电装置一般采用油浸绝缘结构电磁式电压互感器。 110kV侧PT的选择 电力工程电气设计手册248页，35-110KV配电

24、装置一般采用油浸绝缘结构电磁式电式互感器，接在110KV及以上线路侧的电压互感器，当线路上装有载波通讯，应尽量与耦合电容器结合。统一选用电容式电压互感器。 35KV及以上的户外装置，电压互感器都是单相的出线侧PT是当首端有电源时，为监视线路有无电压进行同期和设置重合闸。型号额定电压（V）二次绕组额定输出（VA）电 容 量载波耦合电容一次绕组二次绕组剩余电压绕组0.5级1级高压电容中压电容YDR-110110000/100/100150VA300VA12.55010准确度为: 电压互感器按一次回路电压、二次电压、安装地点二次负荷及准确等级要求进行选择。所以选用 YDR-110 型电容式电压互感器

25、。 35kV母线PT选择： 35-11KV配电装置安装台单相电压互感器用于测量和保护装置。 选四台单相带接地保护油浸式TDJJ-35型PT选用户内式型号额定电压(v)接线方式一次绕组二次绕组剩余电压绕组TDJJ-3535000/100/100/3Y/Yo/r准确度测量： 准确度测量计算与保护用的电压互感器，其二次侧负荷较小，一般满足准确度要求，只有二次侧用作控制电源时才校验准确度，此处因有电度表故选编0.5级。PT与电网并联，当系统发生短路时，PT本身不遭受短路电流作用，因此不校验热稳定和动稳定。正常工作条件，应考虑参数一次回路电压、二次电压、二次负荷、准确度等级、机械荷载等；承受过电压能力，

26、应考虑绝缘水平与泄露比距。由于电压互感器是与电路并联联接的，当系统发生短路时，互感器本身两侧装有断路器，并不受短路电流的作用，因此不需校验动稳定与热稳定。电流互感器凡装有断路器的回路均应装设电流互感器。电流互感器应按下列原则配置。（1） 每条支路的电源均应装设足够数量的电流互感器，供该支路测量、保护使用。（2）变压器出线配置一组电流互感器供变压器差动使用，相数、变比、接线方式与变压器的要求相符合。（3） 动保护的元件，应在元件各端口配置电流互感器，各端口属于同一电压级时，互感器变比应相同，接线方式相同。（4）电流互感器型式选择 35kV以下的屋内配电装置的电流互感器，根据安装使用条件及产品情况

27、，采用瓷绝缘结构或树脂浇注绝缘结构。 35kV以上配电装置一般采用油浸式绝缘结构的独立式电流互感器，在有条件时，如回路中有变压器套管，穿墙套管，应优先采用套管电流互感器，以节约投资，减少占地。 110KV侧CT的选择根据设计手册35KV及以上配电装置一般采用油浸瓷箱式绝缘结构的独立式电流互感器常用L(C)系列。出线侧CT采用户外式，用于表计测量和保护装置的需要准确度。当电流互感器用于测量、时，其一次额定电流尽量选择得比回路中正常工作电流的1/3左右以保证测量仪表的最佳工作、并在过负荷时使仪表有适当的指标。 根据 选择型号为LCWB6-110W型35KV侧CT可根据安装地点和最大长期工作电流选L

28、CZ-35系列CT电压等级型号110kVLCWB6-11035kVLCZ-3510kVLMC-10一般应将保护与测量用的电流互感器分开，尽可能将电能计量仪表互感器与一般测量用互感器分开，前者必须使用0.5级互感器，并应使正常工作电流在电流互感器额定电流的左右。保护用互感器的安装位置应尽量扩大保护范围，尽量消除主保护的不保护区。正常工作条件，应考虑参数一次回路电压、一次回路电流、二次回路电流、二次侧负荷、暂态特性、准确度等级、机械荷载等；短路稳定性应考虑动稳定倍数及热稳定倍数；承受过电压能力应考虑绝缘水平及泄露比距。4.1.4短路稳定校验动稳定校验是对产品本身带有一次回路导体的电流互感器进行校验

29、，对于母线从窗口穿过且无固定板的电流互感器可不校验动稳定。热稳定校验则是验算电流互感器承受短路电流发热的能力。（1）动稳定校验电流互感器的内部稳定性通常以额定动稳定电流或动稳定倍数Kd表示。Kd等于极限通过电流峰值与一次绕组额定电流峰值之比。校验按下式计算：式中 Kdw动稳定倍数，由制造部门提供； Ie电流互感器的一次绕组额定电流。（2）热稳定校验 制造部门在产品型录中一般给出t=1s或3s的额定短路时热稳定电流或热稳定电流倍数Kr，校验按下式进行：式中t制造部门提供的热稳定计算采用的时间(一般取1s)。4.2变电站防雷保护和接地装置的初步设计在电力系统中除了内部过电压影响系统的供电可靠性,还

30、有大气过电压,就是所说的雷击过电压。雷电过电压会使电气设备发生损坏，造成停电事故。为保证电力系统的正常安全可靠运行，必须做好电力系统的大气过电压保护。4.2.1雷电过电压的形成与危害（1）直击雷：雷电直接对电气设备或建筑物进行放电，称为直接雷击或直击雷。直击雷过电压右引起数万安培的强大雷电流通过被击物体而入地，产生破坏性很大的热效应和机械效应，击坏设备，引起火灾，甚至造成人身伤亡。（2）感应雷：雷电落在电气设备附近或雷动在电气设备上方移动时，通过无暇感应或电磁感应在电气设备上呈现出数万乃至数千万伏的感应过电压，称作感应雷或间接雷击。（3）入侵雷：当输电线路上遭受直接雷或感应雷产生的雷电波侵入发

31、电厂或变电所，产生过电压击坏电气设备，称为雷电波入侵或入侵雷，由于雷电波侵入造成的雷害事故占全部雷害事故的一半以上，因此需采取特别措施。4.2.2电气设备的防雷保护（1）发电厂和变电所的防雷保护 发电厂和变电所电气设备对直击雷的防护主要采用避雷针；对入侵雷的防护采用进线保护和避雷保护的综合措施，即用进线保护限制雷电流的幅值和陡度，用避雷器限制雷电过电压的同值。（2）架空输电线路的防雷保护 输电线路采用装设避雷线的方法防止线路遭受直击雷引起跳闸次数，可采用系统中性点经消弧线圈接地工作方式，为避免雷击跳闸造成供电中断。可采用自动重合闸装置。（3）直配旋转电机的防雷保护 在完善进线保护的同时，还应采用性能良好的阀型避雷器或金属氧化物避雷器，来保护电机的主绝缘，同时还应考虑装设电容器和中性点避避雷器，以保护匝间绝缘和中性点绝缘。（4）配电网的防雷保护 除了对配电变压器高低压侧以及